Europese LISA pioniert onderzoek naar zwaartekrachtgolven en het ontstaan van alles

https://www.youtube.com/watch?v=fpSin6CHW_c

Vanop de lanceerbasis van Frans-Guyana in Zuid Amerika schoot deze ochtend een Europese Vega-raket de lucht in. Bovenop de raket zit een kleine maar technisch bijzonder knappe sonde: LISA. LISA staat voor Laser Interferometer Space Antenna maar ligt vooral vlot in de mond, een vereiste voor acroniemen binnen de ruimtevaartwereld.

De LISA Pathfinder is, erg cru gesteld, een doosje met daarin twee objecten. De sonde is een prototype voor een volledig nieuw soort van observatorium. We kijken al lang door telescopen naar licht maar ook andere golven, zoals bijvoorbeeld elektromagnetisme. Het in kaart brengen daarvan leert ons veel over het reilen en zeilen in ons universum. Einstein voorspelde echter een soort golf die we nog nooit zagen: een zwaartekrachtsgolf.

Ruimtetijd en golven

Wie Einstein kent van meer dan E=MC² weet vermoedelijk dat ruimte en tijd twee zijden van dezelfde medaille zijn: ruimtetijd. Die wordt verstoord door zwaartekracht. De versnelling van een object met grote massa moet in theorie zwaartekrachtsgolven veroorzaken. Denk daarbij zeker groot genoeg: de Europese ruimtevaartorganisatie ESA suggereert dat onder andere supernova’s en twee om elkaar heen draaiende zwarte gaten zwaartekrachtsgolven kunnen teweeg brengen, maar ook gewone sterren en planeten veroorzaken in theorie dergelijke golven.

Een klassieke telescoop of zelfs een satelliet in een gewone baan om de aarde kan dergelijke golven echter niet waarnemen. Om ze de detecteren, zo redeneren wetenschappers, moet een instrument twee massa’s in een onverstoorde vrije val waarnemen. Passeert er een zwaartekrachtsgolf, dan heeft in invloed op de massa’s en kunnen omringende sensoren hem detecteren.

Het concept ‘vrije val’ wordt hier erg serieus genomen: de twee meet-objecten moeten compleet ongestoord door de ruimte zoeven. Zelfs in een baan om de aarde heeft de aardse zwaartekracht haar invloed, waardoor een gewone satelliet dus niet volstaat.

Lagrange

LISA is daarom onderweg naar het L1 Lagrange-punt. Over een periode van zes weken zal de kleine sonde zich een weg banen naar dat erg specifieke punt in de ruimte. Op L1 heffen de zwaartekracht van de zon en die van de aarde elkaar op. De twee massa’s in het LISA-doosje, in casu blokjes uit een goud-platina-legering,  zijn op die locatie dan ook in een echte vrije val-status, zonder dat externe zwaartekrachtsfactoren een rol spelen.

Daarmee is het mini-observatorium echter nog niet nauwkeurig genoeg. Niet alleen zwaartekracht verstoort objecten in de ruimte, wanneer precisie echt uitmaakt speelt alles een rol. Iets onbeduidend zoals licht geeft bijvoorbeeld ook een klein duwtje aan al wat het tegenkomt. Ook geladen partikels van de zonnewind kunnen roet in het eten gooien. LISA zal de twee objecten binnenin dan ook afschermen van al die externe factoren. De high tech behuizing houdt werkelijk alles tegen.

Wat je vallen noemt

De sonde zelf is natuurlijk wel onderhevig aan de straling en het licht. Kleine bijsturingen zullen de Pathfinder in positie houden, zonder dat de testmassa’s binnenin daar iets van merken. Gevoelige sensors houden vervolgens de twee massa’s in het oog. Als het goed is, zullen die helemaal ongestoord blijven vallen. Vallen is hier, voor alle duidelijkheid, een rekbaar begrip. Beweging is immers relatief en afhankelijk van de positie van waaruit je iets bekijkt. LISA zelf probeert vooral zo weinig mogelijk van zijn (haar?) L1-positie af te wijken.

Het project, verwezenlijkt in verschillende Europese landen onder leiding van ESA, zal echter nog geen zwaartekrachtsgolven detecteren. LISA is een prototype dat de technische haalbaarheid van de techniek moet aantonen. Loopt alles volgens plan, dan kan het werk aan een echt observatorium beginnen.

Schat aan kennis

Het LISA-project is interessant omdat het een eerste stap kan zijn in het verwerven van een heleboel nieuwe kennis. [related_article id=”160903″]Zwaartekracht is één van de slechtst begrepen krachten in het universum. We weten wel wat het doet, maar het waarom blijft nog vaag. Verder onderzoek brengt ons stap na stap dichter bij een geünificeerde theorie over de werking van het universum. Bovendien dansen er in theorie nog steeds zwaartekrachtsgolven uit de babyjaartjes van het universum door de ruimte. Die bevatten mogelijks schatten aan informatie over het ontstaan van, wel ja, alles.

België en Nederland

In totaal zijn 14 Europese landen betrokken bij het ambitieuze project, waaronder ook België en Nederland. Eén Belgisch bedrijf werkte aan de software in de sonde, een ander aan de stroomvoorziening. De Nederlanders werkten aan de radiomodule en kunnen verder een deel van de Vega-raket op hun conto schrijven. Die raket moest oorpronkelijk om 2 december vertrekken, maar enkele technische probleempjes zorgden voor oponthoud.

(Beelden: ESA)