Met het slagen van de eerste experimenten in LISA Pathfinder komt het meten van zwaartekrachtsgolven vanuit de ruimte weer een stapje dichterbij.
Aan boord van de ruimtesonde die de Europese ruimtevaartorganisatie ESA afgelopen december lanceerde, bevinden zich kubusjes van goud en platina. Momenteel ondergaan de blokjes in LISA Pathfinder een val die vrijer is dan een door de mens gemaakt object ooit gemaakt heeft.
ESA ontwikkelde LISA Pathfinder om technologie te testen die nodig is voor hun toekomstige in de zwaartekrachtgolvendetector in de ruimte. Zwaartekrachtsgolven zijn rimpelingen in de ruimtetijd, de matrix van het universum. De ruimtetijd kan vervormen wanneer gigantische kosmische objecten als zwarte gaten op elkaar botsen.
Ongeziene objecten
Honderd jaar geleden voorspelde Einstein al dat de ruimtetijd rimpelen kan, maar pas een paar maanden geleden zijn die rimpelingen voor het eerst gedetecteerd. Op 11 februari werd onthuld dat golven gemeten waren door de Amerikaanse interferometers van experiment LIGO. Maar natuurkundigen willen de zwaartekrachtsgolven ook vanuit de ruimte gaan registeren. Daar worden metingen niet verstoord door trillingen van het verkeer bijvoorbeeld en is er veel meer plek om een gigantische interferometer te bouwen. Een buitenaardse detector zou golven kunnen meten met andere frequenties dan bij LIGO gedaan wordt. Daarmee zou de detector licht werpen op tot dusver nog ongeziene kosmische objecten.
ESA’s zwaartekrachtsgolvenproject, LISA genaamd, bestaat uit drie satellieten die zich zo’n miljoen kilometer van elkaar vandaan bevinden. Apparatuur in die satellieten moet kleine veranderingen in de afstand tussen de satellieten gaan registreren, aangezien die veranderingen veroorzaakt worden door de rimpelingen in de ruimtetijd.
De ontwikkeling van die apparatuur is een enorme technologische uitdaging, aangezien de kleinste krachten op de apparatuur tijdens de ruimtereis hun metingen al kunnen verstoren. De meetapparatuur in de satellieten mag dus alleen aan de zwaartekracht worden blootgesteld. De apparatuur moet dus in een ultieme vrije val zijn. De ESA besloot om klein te beginnen en de meetapparatuur in de ruimte te testen. ‘We vonden dat we eerst moesten leren lopen voor we konden gaan rennen’, aldus Fabio Favata op een persconferentie in het European Space Astronomy Centre in Madrid deze week.
Precisie
De twee kubusjes vormden de basis voor die eerste test. Hoewel ze zich niet op een miljoen kilometer afstand van elkaar bevinden, maar slechts op een afstand van 38 centimeter, zijn ze uitermate geschikt om te testen of de meetapparatuur werkt in de ruimte of dat er krachten in de ruimtesonde aanwezig zijn die metingen verstoren. Bovendien moest het eerste experiment ophelderen of de meetapparatuur ook in de ruimte de gewenste precisie bezit. Voor de detectie van zwaartekrachtsgolven is namelijk een nauwkeurigheid van een triljoenste meter vereist, nog minder dan de doorsnede van een atoom.
De twee kubussen werden meteen na lancering losgelaten in het ruimteschip. Samen gingen ze in vrije val. Uit de eerste metingen, die deze week werden gepubliceerd, blijkt dat de twee blokjes nauwelijks bewegen ten opzichte van elkaar. Bovendien blijkt hun onderlinge afstand tot op een biljardste meter nauwkeurig gemeten te kunnen worden. Dat is nog honderd keer preciezer dan verwacht.
‘Nog beter dan verwacht kon de afstand tussen de testmassa’s gemeten worden, zegt Martin Hewitson van de universiteit van Hannover. ‘We hadden geen idee dat dat mogelijk was.’
Gewapend met het eerste verbluffende resultaat kan de ESA nu beginnen aan échte observatorium. ‘We hebben niet alleen gelopen, maar al aardig gejogd’, zegt Favata, er op doelend dat de techniek om zwaartekrachtsgolven in de ruimte te detecteren behoorlijk solide blijkt. ‘We weten nu dat onze apparatuur sensitief genoeg is om observaties te doen in de ruimte. Met die apparatuur willen we een nieuw licht op ons universum gaan werpen.’
De lancering van LISA staat pas voor 2034 op de planning, maar met deze prestatie van LISA Pathfinder zijn technische obstakels voor LISA elk geval van de baan. ‘Het belangrijkste nieuws is, dat we verder kunnen met LISA’, zegt voorzitter van de missie Stefano Vital, verbonden aan de universiteit van Trento, Italië.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: