In 2034 wordt als alles goed gaat LISA gelanceerd: een ruimteobservatorium dat op zoek gaat naar de notoir moeilijk meetbare zwaartekrachtgolven. Diverse Nederlandse partijen zijn in de race om hier hardware aan te leveren.

De Laser Interferometer Space Antenna, zoals de volledige naam van LISA luidt, zal bestaan uit drie onbemande ruimtescheepjes die in een driehoekige formatie achter de aarde aan vliegen. Door hun onderlinge afstanden van 2,5 miljoen kilometer nauwlettend in de gaten te houden, moeten deze scheepjes in staat zijn om zwaartekrachtgolven te detecteren: rimpelingen in de ruimtetijd die het Amerikaanse experiment LIGO in september 2015 voor het eerst wist waar te nemen. Op twee punten hopen Nederlandse instituten en partijen bij te dragen aan de hardware van deze missie, die wordt geleid door de Europese ruimtevaartorganisatie ESA.

TNO kreeg geld van het Netherlands Space Office (NSO) om zich bezig te houden met het bijsturen van de infrarode laserstralen die de LISA-ruimtescheepjes naar elkaar schijnen. Dat is nodig omdat de ruimtescheepjes continu bewegen ten opzichte van elkaar, binnen een marge van zo’n 10.000 kilometer.
 

Extreem afgezwakt

Het Nederlandse instituut voor ruimteonderzoek SRON werkt ondertussen samen met het deeltjesinstituut Nikhef aan het laserdetectiesysteem van LISA. Een grote uitdaging, want tijdens de miljoenen kilometers lange tocht van het ene naar het andere ruimtescheepje neemt het vermogen van een uitgezonden laserstraal af van 1 watt naar een halve nanowatt – vergelijkbaar met het vermogen van een cel in het menselijk lichaam.

Om deze extreem afgezwakte laserstralen toch nog te kunnen detecteren, moeten de betreffende componenten zo min mogelijk last hebben van ruis. Daarom werken de onderzoekers van SRON en Nikhef niet met het gebruikelijke silicium, maar met de verbinding indium-gallium-arsenide (InGaAs). De fotonicabedrijven Bright Photonics en Smart Photonics, die de afgelopen jaren veel ervaring hebben opgedaan met dit materiaal, zijn in de arm genomen om hierbij te helpen.
 

LISA
Het zwaartekrachtgolvenobservatorium LISA bestaat uit drie ruimtescheepjes die in een driehoekige formatie achter de aarde aan vliegen.

Of de in Nederland ontwikkelde hardware ook echt deel gaat uitmaken van LISA, is nog niet zeker. Ook op andere plekken wordt er gewerkt aan instrumenten voor de ruimtemissie, waaruit ESA dan een keuze zal maken.
 

Langere golflengtes

En waarom is het überhaupt nodig om een detector voor zwaartekrachtgolven te lanceren, als we zulke golven ook vanaf het aardoppervlak kunnen waarnemen? Dat zit hem in de golflengte van de zwaartekrachtgolven in kwestie.

Aardse observatoria zoals LIGO en diens Europese evenknie Virgo kunnen golven meten met lengtes tot enkele duizenden kilometers, die bijvoorbeeld worden uitgezonden door samensmeltende zwarte gaten die enkele tientallen keren zoveel wegen als de zon. LISA meet straks veel langere golflengtes, tot miljarden kilometers. en kan dan bijvoorbeeld samensmeltingen zien van zogenoemde superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels, die miljoenen keren zoveel wegen als de zon. 

Ook kan LISA de zwaartekrachtgolven detecteren die worden uitgezonden door twee zwarte gaten die in een spiraalbeweging naar elkaar toe bewegen, weken of zelfs maanden voordat ze daadwerkelijk samensmelten. De kortere zwaartekrachtgolven die ontstaan tijdens de botsing zelf vallen dan weer binnen het bereik van aardse observatoria, waardoor de twee elkaar op dit punt mooi aanvullen.
 

Limburgse telescoop?

Overigens moet rond de lancering van LISA ook de Einstein Telescope in werking treden, een driehoekig of L-vormig observatorium voor zwaartekrachtgolven op de grond, met armen van 10 kilometer. Een van de locaties die voor dit project worden overwogen, is de grensregio tussen Limburg, België en Duitsland.