Credit: LISA Consortium
De Europese ruimtevaartorganisatie ESA heeft zwaartekrachtsgolfdetector LISA officieel aangenomen als een van haar “large class” missies. Nederland speelt een grote rol in de ontwikkeling van de hardware en software, ondermeer via de sectie Detector R&D van Nikhef. De Laser Interferometer Space Antenna (LISA) is de eerste detector die in de ruimte zwaartekrachtsgolven meet. Vanuit de ruimte detecteert LISA langere golven dan gronddetectoren als LIGO en Virgo, waarmee ze een nieuw venster opent op allerlei exotische verschijnselen.
ESA besloot vandaag dat de onderzoeksfase voor LISA succesvol is afgerond en dat het nu een officiele ESA-missie wordt. De lancering staat gepland rond 2035. LISA bestaat uit drie ruimtevaartuigen die in een baan om de zon draaien, achter de aarde aan. Ze detecteren zwaartekrachtsgolven vanuit verschillende bronnen in het heelal door continu hun onderlinge afstanden te meten met laserstralen. Dat zijn rimpelingen in de structuur van de ruimte, gecreëerd door exotische kosmische gebeurtenissen – zoals botsende zwarte gaten of de oerknal – vergelijkbaar met een olietanker die golven in de oceaan creëert. Als allereerste ruimtedetector voor zwaartekrachtsgolven wordt LISA ESA’s derde L-klasse missie, wat Europa de wereldleider op dit gebied maakt.
Baby-zwarte gaten
LISA strekt haar armen met 2,5 miljoen kilometer veel verder uit dan gronddetectoren ooit zullen doen. Daarmee is ze ontvankelijk voor langere golflengtes vanaf grotere ruimteobjecten. Het stelt LISA in staat om voor het eerst te “luisteren” naar bijvoorbeeld de oerknal of baby-zwarte gaten uit het vroege heelal. Of naar de chaotische paden die sterren bewandelen als ze worden opgeslokt in de complexe geometrie rond een superzwaar zwart gat, als een praktijkexamen van Einsteins Algemene Relativiteitstheorie.
‘Het is geweldig om te zien dat LISA is aangekomen bij deze laatste fase,’ zegt Gijs Nelemans (SRON/Radboud). ‘De eerste plannen voor zo’n compleet nieuw type ruimtemissie zijn al dertig jaar oud.’ Elena Maria Rossi (Universiteit Leiden) voegt toe: ‘We stappen een totaal nieuw wetenschapsveld binnen. Gronddetectoren laten ons al luisteren naar het dichtbije heelal. LISA geeft ons gehoor op veel lagere frequenties zodat we voor het eerst de grootste en verste gebeurtenissen in het universum kunnen horen.
© NASA/JPL-Caltech/NASAEA/ESA/CXC/STScl/GSFCSVS/S.Barke (CC BY 4.0)
Nederlandse bijdrage
Nederlandse wetenschappers zijn al lange tijd betrokken bij het LISA-project. Een Nederlands consortium van SRON, Nikhef, Radboud, Universiteit Leiden, UvA, Universiteit Utrecht, TNO, Universiteit Maastricht en RUG heeft in 2023 een NWO Roadmap-beurs ontvangen, onder leiding van SRON, om te werken aan de Nederlandse hardware-bijdrage. Ze bouwen de fotodiodes (LISA’s ‘ogen’), software, het richtmechanisme en de bijbehorende uitleeselektronica. Die zijn ontworpen op de grens van wat technologisch mogelijk is.
Het richten luistert buitengewoon nauw omdat elke laser een lens moet raken op 2,5 miljoen kilometer afstand. Licht doet daar acht seconden over. Ter vergelijking: als er een dubbeltje van de Eiffeltoren valt, moet een laser vanuit Nederland precies op die plek richten waar dat dubbeltje over acht seconden zal zijn.
Fotodiodes
De fotodiodes hebben het niet veel gemakkelijker. Zij moeten de laserstralen detecteren van oorspronkelijk 1 Watt, zoals een tafellamp, maar die na hun reis zijn afgezwakt tot 250 picoWatt, dus ruim een miljard keer zwakker.
De ontwikkeling van de software is zelfs voor een ruimtemissie complex. Het LISA-project is bij uitstek een synergie tussen engineers, wetenschappers en data scientists. De software moet onderscheid maken tussen het veelvoud aan zwaartekrachtsgolven vanuit alle mogelijke richtingen die de ruimtevaartuigen continu aan het trillen brengen op verschillende frequenties en amplitudes.
Binnen de levenscyclus van een ESA-missie is de Mission Adoption Review het formele einde van de onderzoeksfase, waarin de specificaties in het ontwerp van de detector worden vastgesteld en de gereedheid van de technologie wordt beoordeeld. Na LISA’s succesvolle Mission Adoption Review heeft ESA’s Science Programme Committee nu de overgang goedgekeurd van de onderzoeksfase naar de implementatiefase. Deze stap heet Mission Adoption. De implementatiefase duurt vanaf nu tot de lancering rond 2035. Bron: SRON.
Speak Your Mind