Met deze technologie kan LISA-ruimtemissie straks op zoek naar zwaartekrachtgolven uit zwarte gaten.

Einstein had gelijk

Astronomen gebruiken zwaartekrachtgolven om gebeurtenissen in het heelal waar te nemen, zoals botsingen tussen zwarte gaten of neutronensterren. Zwaartekrachtgolven zijn rimpelingen in de ruimtetijd, die ontstaan als zware objecten, zoals zwarte gaten, botsen. Pas sinds 2015 zijn wetenschappers in staat om direct zwaartekrachtgolven te meten. In september 2015 lukte dit voor het eerst met de op aarde gebouwde detector LIGO. Deze metingen maakten duidelijk dat Albert Einstein het bij het rechte eind had toen hij in 1916 zijn theorie over golven in de ruimtetijd naar buiten bracht.

Observatoria op aarde kunnen echter maar zwaartekrachtgolven waarnemen tot een lengte van zo’n 10.000 kilometer. Daardoor blijven bijvoorbeeld botsingen tussen superzware zwarte gaten onzichtbaar. Om de langere golflengtes te kunnen meten, is een detector nodig die veel groter is dan wat op aarde kan worden gebouwd. Daarom wordt LISA in de ruimte gebouwd.

LISA

De zwaartekrachtgolvendetector LISA gaat bestaan uit drie onbemande ruimtevaartuigen die in een driehoeksformatie in dezelfde baan om de zon zullen vliegen als de aarde, zo’n 50 miljoen kilometer achter de aarde aan. De onderlinge posities van deze ruimtevoertuigen zullen worden gemeten met behulp van laser interferometrie, nodig om de minieme variaties in positie als gevolg van voorbijkomende ruimtegolven te kunnen meten. De drie ruimtevoertuigen vliegen in de ruimte met een onderlinge afstand van 2,5 miljoen kilometer.

Zeer geavanceerde laser-richttechnologie

In de technologie ontwikkelingen die nodig zijn om LISA te kunnen realiseren, heeft TNO zich gefocust op de ontwikkeling van een mechanisme dat in staat is om laserstralen zeer nauwkeurig te richten.

ESA beoordeelt PAAM positief

In voorbereiding van het besluit dat ESA wil nemen begin 2024 om de LISA missie daadwerkelijk te gaan bouwen, worden in 2023 alle cruciale technologieën door ESA beoordeeld. ESA leidt de hele voorbereiding en realisatie van de LISA missie, maar werkt daarin samen met het Amerikaanse NASA en een internationaal consortium van wetenschappers, het LISA consortium. Door al deze partijen wordt technologie ontwikkeld om de LISA missie mogelijk te maken.

TNO’s laser richttechnologie werd als eerste door ESA beoordeeld, omdat de technologie ontwikkeling al vroeg is gestart en als eerste klaar was voor beoordeling. ESA’s oordeel was zeer positief, en daarmee is het TNO-mechanisme PAAM in de basis ook het product dat straks in LISA zal worden toegepast. “We hebben een mechanisme ontwikkeld dat ongeveer de afmetingen heeft van een luciferdoosje. Het gaat dus maar om een klein onderdeel van LISA. Maar wel om een heel belangrijk onderdeel.”, aldus Marée.

Netherlands Space Office investeert

Het Netherlands Space Office (NSO) heeft recent daarom besloten TNO verder financieel te ondersteunen met budget dat het ministerie van OCW beschikbaar heeft gesteld voor de ontwikkeling van wetenschappelijke ruimte instrumenten. Hiermee wordt het mogelijk om het huidige prototype verder te testen op het gebied van straling- en trillings-belastingen. Daarmee kan worden aangetoond dat de PAAM de latere lancering en moeilijke omstandigheden in de ruimte kan overleven. Tevens zal worden samengewerkt met onderzoeksorganisatie SRON, die werkt aan de elektronica voor de aansturing van het TNO-mechanisme. Uiteindelijk zal dan het PAAM-mechanisme aan het LISA consortium worden overgedragen voor verdere integratie in het testmodel van de LISA detector.

Nederlands belang

TNO werkt binnen het LISA NL consortium samen met Nederlandse wetenschappers en de NWO instituten Nikhef en SRON (LISA-NL). Naast de PAAM ontwikkeling door TNO werken SRON en Nikhef samen aan de ontwikkeling van de fotodiodes voor LISA (LISA’s ‘ogen’) en ontwikkelt SRON de Mechanism Control Unit die alle mechanismes van LISA zal aansturen. Deze Nederlandse bijdragen aan LISA zijn belangrijk want door deelname aan het LISA project wordt ook de toegang tot de schat aan data van LISA gegarandeerd voor Nederlandse wetenschappers. Met de investering in de laser-richttechnologie versterkt TNO tevens de toppositie van TNO en Nederlandse industrie op het gebied van innovatie en toepassing van precisie-optica, met spin-off naar bijvoorbeeld optische satellietcommunicatie en toepassingen in de chipindustrie.