Nieuws

Einstein Telescoop zoekt naar rimpelingen in de ruimtetijd

De Europese Commissie maakt drie miljoen euro vrij voor een ontwerpstudie van een nieuwe gravitatiegolftelescoop. Anders dan telescopen op basis van elektromagnetische straling, kan deze tot kort na de oerknal ‘kijken’.

Albert Einsteins Algemene Relativiteitstheorie voorspelt dat bewegende massa’s gravitatiegolven uitzenden, minieme vervormingen van de ruimtetijd die zich met de lichtsnelheid voortplanten.

Weinig fysici twijfelen nog aan dit theoretisch goed onderbouwde model, dat bovendien in de jaren tachtig indirect werd bewezen (Nobelprijs Natuurkunde 1993), maar er ontbreekt nog één ding. ‘Niemand heeft ooit direct zo’n gravitatiegolf waargenomen’, stelt prof.dr. Jo van den Brand. Hij is verbonden aan zowel het Nikhef (Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hoge-Energie Fysica) als aan de Vrije Universiteit en bestudeert gravitatiegolven. Van den Brand leidt bovendien de groep die onderzoek doet naar de locatie en infrastructuur van een nieuw te bouwen gravitatiegolftelescoop, de Einstein Telescoop (ET).

De zwaartekracht is een zeer zwakke kracht en gravitatiegolven zijn nauwelijks te meten. Een imploderend zwart gat zendt relatief zeer krachtige gravitatiegolven uit, maar zelfs die zijn nog nooit waargenomen. Wereldwijd staan echter verschillende detectoren op basis van laserinterferometrie die dat proberen. Een gravitatiegolf vervormt namelijk de ruimtetijd en daarmee ook de fysieke grootte van een voorwerp. Nu is die vervorming zeer betrekkelijk: zelfs in genoemd voorbeeld van een imploderend zwart gat aan de rand van ons zichtbare universum is de vervorming op aarde als gevolg van de gravitatiegolven minder dan de diameter van een atoomkern. Maar als wetenschappers er voldoende in slagen storende omgevingsinvloeden uit te schakelen, ís het te meten, is Van den Brands overtuiging.

In Italië is onlangs een voorloper van ET, Virgo, in gebruik genomen. Van den Brand is ook bij dit project betrokken. ‘Virgo bestaat uit twee haaks op elkaar staande armen van elk drie kilometer lang. In de armen bevinden zich ultrahoogvacuümbuizen waardoorheen een laserstraal wordt gestuurd. Detectoren meten de tijd die de laser erover doet om van de ene naar de andere kant te reizen en deduceren daaruit de afstand. Deze afstand wordt vergeleken met de meting in de andere buis en als die niet identiek is, is er mogelijk een gravitatiegolf langsgekomen die voor een kleine vervorming van de ruimtetijd heeft gezorgd.’

Lees verder onder de foto

De voorganger van de ET is de vorige maand in gebruik genomen Virgo, bij Cascina (Italië). Virgo heeft twee armen van 3 km, ET krijgt er drie van 10 km (beeld: Virgo)

Het grote probleem met deze apparatuur is de vereiste extreme nauwkeurigheid. De silicaglazen spiegels aan de uiteinden van de armen – die het licht meerdere malen heen-en-weer kaatsen en zo de effectieve afstand vergroten tot honderdtwintig kilometer – zijn opgehangen aan draden en worden met magnetische velden gestabiliseerd. De fundering van de tweemaal drie kilometer vacuümbuis is vergelijkbaar met die van een zware brug. En nog zien de onderzoekers zich geconfronteerd met verschillende problemen. ‘Een vliegtuig dat overvliegt, verstoort de metingen al’, illustreert Van den Brand. ‘We willen ET daarom graag ondergronds bouwen, op honderd meter diepte. Al zien we daarvoor alweer nieuwe uitdagingen, want ook rijdende auto’s en zelfs wind op het oppervlak beïnvloeden de metingen.’ Hij overlegt onder meer met wetenschappers van het KNMI, het Centrum Ondergronds Bouwen en de TU Delft, en met industriële partners als Bam en Fugro hoe de wetenschappers een zo groot mogelijke ‘seismische isolatie’ kunnen bereiken.

De Einstein Telescoop is een zogenaamde derdegeneratie-gravitatiegolftelescoop. Het Frans-Nederlands-Italiaanse Virgo, de Duits-Britse GEO600 en de drie Amerikaanse LIGO-telescopen zijn de eerste; deze worden het komende decennium verbeterd tot tweedegeneratie-telescopen. Op basis van de kennis die onderzoekers verkrijgen uit deze experimenten, moet ET worden gebouwd. Het sleutelwoord is ‘groter’: ET krijgt drie in plaats van twee armen, ze worden ieder tien kilometer lang, en er komt in totaal zestig kilometer ultrahoogvacuümbuis in. De gevoeligheid neemt met een factor honderd toe.

Van den Brand legt het belang van metingen aan gravitatiegolven uit. ‘Ver weg staande objecten zijn interessant, want ze gunnen ons een blik op het heelal kort na de oerknal. Met telescopen gebaseerd op elektromagnetische straling komen we niet verder dan zo’n 380.000 jaar na de oerknal. Daarvóór was het universum nog te dicht, dan is het alsof je door een dichte mist moet kijken. Gravitatiegolven hebben daar geen last van, daarmee kunnen we terug naar nanoseconden na de oerknal.’ Van den Brand noemt het toetsen van de Algemene Relativiteitstheorie een belangrijk doel, maar speculeert daarnaast over nieuwe inzichten in het formuleren van een theorie die de zwaartekrachttheorie en de quantummechanica verenigt.

De Europese Commissie heeft vorige week drie miljoen euro ter beschikking gesteld voor een drie jaar durende ontwerpstudie voor ET. De daadwerkelijke bouw zou in 2017 kunnen beginnen. De locatie van ET is een van de vele vragen binnen de ontwerpstudie, maar Van den Brand hoopt op Zuid-Limburg. ‘Daar is veel kennis van de seismische activiteit en de geologie. Bovendien zou van het binnenhalen van zo’n groot natuurkundig project een geweldige aantrekkingskracht uitgaan.’

Deel deze pagina

Maritiem Nederland

Maritiem Nederland is een magazine, website en nieuwsbrief met alle relevante en interessante ontwikkelingen binnen het maritieme cluster. Met interviews, opmerkelijke reportages, portretten en columns.
Meer informatie over Maritiem Nederland

Damen

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers TW

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je nu aan!

Vision & Robotics

Vision & Robotics is hét onafhankelijke vakblad voor machinebouwers, system integrators en eindgebruikers van productielijnen in de maak- en agro-/foodindustrie. 

Graag meer lezen over onderwerpen zoals robotica, sensoren, kunstmatige intellegentie en nog veel meer klik hier

Vision & Robotics heeft ook een nieuwsbrief! klik hier om je in te schrijven.

TW online gratis voor jongeren

TW Investeert in technisch onderwijs

Leerlingen tot 18 jaar lezen gratis TW. Meld je aan en ontvang 24 online edities per jaar geheel gratis!

Naar boven