Over de Einsteintelescoop
Onze kennis van onze wereld en het heelal komt vandaag voornamelijk voort uit onderzoek naar elektromagnetische golven, zoals licht. Daar kunnen we vandaag al indrukwekkende observaties mee maken, maar we willen meer. Nauwkeuriger meten, sneller waarnemen, en vooral steeds verder kunnen kijken. Het bestuderen van de zwaartekrachtgolven maakt dit allemaal mogelijk!
Wat moet je weten over zwaartekrachtgolven, en wat mag je van de observaties ervan met de Einsteintelescoop verwachten? Dat lichten we graag op deze pagina toe.
Van Galilei tot infraroodmetingen en zwaartekrachtgolven
Toen Galilei in 1609 zijn kijker naar de sterren richtte, kon hij alleen maar dromen van de geavanceerde telescopen die voor ons nu de ruimte afspeuren. Maar net zoals die eerste kijker van Galilei, zijn de meeste telescopen van vandaag nog steeds gebaseerd op het meten van elektromagnetische golven, zoals radiogolven, maar ook licht. Denk bijvoorbeeld aan de James Web-ruimtetelescoop of observatoria op hoge bergtoppen. Andere methoden om de kosmos te bestuderen bestaan zeker (vb. radiografische metingen met infrarood), maar nieuwe of nauwkeurigere waarnemingen kunnen we hier niet mee vastleggen.
In 2015 veranderde dat volledig, en maakten we een giant leap for mankind vooruit. Toen werden voor het eerst zwaartekrachtgolven gemeten met de Amerikaanse LIGO-detector. 10 jaar later kondigen we met de Einsteintelescoop een nieuw tijdperk aan in de studie van ons heelal. Eentje waar zwaartekrachtgolven niet alleen de hoofdrol spelen, maar ook nauwkeuriger en sneller dan ooit observaties zullen vastleggen.
Maar wat zijn zwaartekrachtgolven?
Elke massa die in de ruimte rondzwerft, vervormt de ruimtetijd. Het is alsof de ruimte ingedeukt wordt en een zwaarteput creëert. Andere objecten in de ruimte “vallen” als het ware naar die massa, bijvoorbeeld een planeet. Als ze niet rechtstreeks naar het object gaan, draaien ze rond het zwaardere object, net zoals onze aarde rond de zon draait. Die andere objecten – bijvoorbeeld manen – vervormen daarbij zelf ook de ruimtetijd.
Zwaartekrachtsgolven zijn zogenaamde trillingen van dat weefsel van ruimtetijd. Ze worden bijvoorbeeld veroorzaakt door de samensmelting van zware compacte objecten, zoals zwarte gaten of neutronensterren. De trillingen die ze veroorzaken kan je vergelijken met een druppel dat in een vijver of plas valt en waarbij trillingen uitdeinen in het water.
Als twee zwarte gaten rond elkaar draaien, veroorzaken ze een vergelijkbare trilling in de ruimte. In dit geval is de trilling een schommeling in de zwaartekracht - en daarbij ook de tijd - die spiraalvormig uitdijt. Die trillingen reizen vervolgens met de snelheid van het licht door het heelal.
Wat kunnen we met zwaartekrachtgolven doen?
De trillingen in de ruimtetijd die onze aarde bereiken, openen een totaal nieuw en verrassend onderzoeksgebied. Door de nauwkeurige analyse van de trillingen leren we meer over de kosmos. Niet alleen meer over zwarte gaten, maar ook over neutronensterren, supernova’s, en nog zoveel meer. We zullen de kosmische achtergrond van de ruimte meten, maar dan aan de hand van zwaartekracht.
We leren meer over het interne van neutronensterren, en dat geeft ons weer nieuwe inzichten over elementaire deeltjes. We ontdekken dus niet alleen meer van het heelal, maar ook van het allerkleinste.
Dankzij de Einsteintelescoop zullen we zelfs in de oersoep kunnen kijken. In de eerste 380.000 jaar na de Big Bang was de ruimte immers nog een plasma waaruit geen licht kon ontsnappen: de oersoep. Gewone telescopen kunnen dat fenomeen niet bestuderen, aangezien de lichtdeeltjes (fotonen) gevangen bleven.
Uit de oersoep kon al wel zwaartekracht ontsnappen, en dat willen we meten. De Einsteintelescoop zal dus dichterbij de Big Bang kunnen meten dan eender welke lichttelescoop ooit zal kunnen doen.
Welke rol speelt de Einsteintelescoop in de studie van zwaartekrachtgolven?
De eerste detectie van zwaartekrachtgolven werd gedaan door LIGO in de Verenigde Staten. Voor LIGO waren er al vergelijkbare zwaartekrachtgolfdetectoren gebouwd, zoals de GEO600 in Duitsland. Intussen bestaan er naast LIGO ook andere detectoren, zoals het Italiaanse Virgo en het Japanse KAGRA. Samen hebben ze sinds 2015 al honderden detecties van zwaartekrachtgolven gedaan.
Met de Einsteintelescoop willen we een volgende stap zetten. Het wordt de eerste derde-generatie zwaartekrachtgolfdetector, die tien keer gevoeliger wordt dan de vorige generaties. Om die gevoeligheid te halen, moeten we over een lange afstand meten: tien kilometer. Bovendien moet de installatie trillingvrij werken. De Einsteintelescoop moet daarom 250 meter onder de grond gebouwd worden. De apparaten en spiegels die de laserstralen weerkaatsen, worden in meerdere stappen gedempt. Dat gebeurt in honderden 10 tot 20 meter hoge vacuümtorens. Tussen die torens worden laserstralen heen en weer geschoten in lange vacuümbuizen.
De Einsteintelescoop zou ook een driehoekige vorm krijgen, waarbij in elk hoekpunt lasers naar de andere hoekpunten worden geschoten. Kleine variaties in het laserlicht worden nauwkeurig gemeten om zo de zwaartekrachtgolven te kunnen detecteren. Italië heeft de voorkeur om twee L-vormige detectoren te bouwen. Wetenschappers onderzoeken momenteel in het grootste detail de voor- en nadelen van beide ontwerpen.
Meer over ET in Vlaanderen
Technologiedomeinen
Partners