Op zoek naar de oorsprong van zwarte gaten
‘Met ruimteantenne LISA kijken we met een compleet nieuwe blik naar het heelal’, zegt sterrenkundige Elena Maria Rossi. Het zal de eerste missie zijn die zwaartekrachtgolven vanuit de ruimte detecteert. Die kunnen ons meer vertellen over het begin van ons heelal en de vorming van zwarte gaten. Met een NWO-subsidie van twaalf miljoen euro gaat een Nederlands consortium de ‘ogen’ voor de ruimteantenne bouwen. ‘We gaan het onverwachtse ontdekken.’
Zwaartekrachtgolven reizen door ruimte en tijd sinds het ontstaan van het heelal. Door deze golven te detecteren, kunnen we tijdperken uit ons verleden waarnemen. Dat is informatie waar we tot nu toe nog niet bij konden. ‘Een van de dingen die we kunnen onderzoeken is het tijdperk waarin de eerste zwarte gaten in het heelal werden gevormd’, zegt Rossi.
Om die zwaartekrachtgolven te detecteren, bouwt de ESA de Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Ze bestaat uit drie satellieten die de aarde in een driehoekige gelijkzijdige formatie volgen terwijl we om de zon draaien. De drie satellieten schieten laserstralen heen en weer. Doordat die laserstralen de onderlinge afstand voortdurend meten, kunnen ze zwaartekrachtgolven uit het heelal detecteren. LISA is de eerste missie die dit vanuit de ruimte zal doen. Door de grote afstand van 2,5 miljoen kilometer tussen de satellieten, kan LISA veel lagere frequenties detecteren dan detectieapparatuur op de grond.
De mysteries van zwarte gaten onthullen
Zwaartekrachtgolven kunnen reizen vanuit alle hoeken van het heelal. Daardoor zijn het ongelooflijk krachtige boodschappers. ‘Ze kunnen ons informatie brengen uit het verre verleden van ons heelal en ons daardoor helpen begrijpen waar we vandaan komen. Zo kunnen we bijvoorbeeld voor het eerst ‘luisteren’ naar een tijdperk dichtbij de oerknal.’
En LISA kan ons helpen om nog meer geheimen van het heelal te ontcijferen. De missie gaat ook kijken naar reusachtige zwarte gaten. ‘Die kunnen massa’s hebben van 1 miljoen tot 10 miljard keer die van onze zon. Deze zwarte gaten zijn ontzettend interessant omdat ze belangrijk zijn voor de vorming en groei van een sterrenstelsel. Tot nu toe weten we eigenlijk niet hoe ze ontstaan. LISA gaat de gigantische zwarte gaten observeren vanaf hun prille begin. Zo kunnen we de mysteries van hun ontstaan ontrafelen.’
De ogen van LISA bouwen
Een Nederlands consortium onder leiding van SRON Netherlands Institute for Space Research gaat de fotodiodes (de ‘ogen’), software, richtmechanisme en bijbehorende uitleeselektronica voor LISA bouwen. Dankzij de NWO-subsidie worden zij een belangrijke partner van de missie.
Rossi leidt de werkgroep die onderzoekt wat de optimale manier is om de data van LISA te analyseren. ‘Ik ben een theoretisch wetenschapper die geïnteresseerd is in de vorming en evolutie van zwarte gaten. Ook wil ik uitzoeken hoe we met zwaartekrachtgolven ons eigen Melkwegstelsel kunnen onderzoeken. Met mijn groep simuleer ik welke signalen we straks verwachten waar te nemen. Met deze voorspellingen bouwen we vervolgens de computercodes die we gaan gebruiken voor de analyse van LISA’s gegevens.’
Enige toegangsweg naar een geheel nieuw vakgebied
‘Een Nederlandse bijdrage aan LISA is van groot belang,’ zegt Gijs Nelemans, een van de leiders van het LISA-NL consortium. ‘Nederlandse wetenschappers bouwen er unieke expertise mee op. Dat we toegang hebben tot alle data geeft ons ook een voorsprong op de enige toegangsweg naar een geheel nieuw vakgebied.’ Door hier hun vaardigheden en kennis in de ontwikkeling van precisietechnologie te laten zien, hopen de wetenschappers hun kandidatuur voor de bouw van de nieuwe Einstein Telescoop te onderstrepen. Deze detector zal zwaartekrachtgolven vanaf de aarde waarnemen. Nederland, België en Duitsland stellen zich samen kandidaat voor de bouw ervan.
LISA moet tegen 2030 in de ruimte zijn. Er is nog een hoop werk aan de winkel, maar Rossi kijkt uit naar de eerste gegevens. ‘Ik hoop meer te leren over de oorsprong van zwarte gaten en om nieuwe fenomenen in de ruimte te ontdekken. Ik verheug me erop deel uit te maken van deze wetenschappelijke onderneming die onze kennis over het heelal aanzienlijk gaat vergroten.’
NWO kent de subsidie van twaalf miljoen Euro toe in het kader van de Nationale Roadmap Grootschalige Wetenschappelijke Infrastructuur. In deze ronde zijn negen voorstellen goedgekeurd.
LISA is een missie waarvan de ontwikkeling door ESA geleid wordt en waarin NASA en een aantal ESA-lidstaten deelnemen. Meer informatie is te vinden op de website van LISA.
Tekst: Inge van Dijck
Afbeeldingen: NASA/JPL-Caltech/NASAEA/ESA/CXC/STScl/GSFCSVS/S.Barke