Donderdag gaf de Science Program Committee van de European Space Agency groen licht voor het Laser Interferometer Space Antenna-project, oftewel LISA. Dit zou betekenen dat de bouw van de drie ruimtevaartuigen van de missie al over een jaar zou kunnen beginnen. Hoewel de interferometer dezelfde basisprincipes zou volgen als het LIGO-experiment (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), dat voor het eerst zwaartekrachtgolven detecteerde, zou de hardware zich op een afstand van 2,5 miljoen kilometer van elkaar bevinden, waardoor deze gevoelig zou zijn voor een geheel nieuwe reeks astronomische verschijnselen.
Bewezen technologie
Bestaande zwaartekrachtgolfdetectoren zijn afhankelijk van het heen en weer stuiteren van lasers tussen verre spiegels voordat ze opnieuw worden gecombineerd om een interferentiepatroon te produceren. Alles wat de positie van de spiegel verandert – van het gerommel van een grote vrachtwagen tot het passeren van zwaartekrachtgolven – zal het interferentiepatroon veranderen. Het hebben van detectoren op afgelegen locaties helpt ons gevallen van lokale ruis te elimineren, waardoor we astronomische gebeurtenissen kunnen detecteren.
Detectoren die we op aarde hebben gebouwd, hebben met succes zwaartekrachtgolven opgevangen die zijn ontstaan door het samensmelten van compacte objecten zoals neutronensterren en zwarte gaten. Maar door hun relatief compacte formaat kunnen ze alleen hoogfrequente zwaartekrachtgolven opvangen, die pas in de laatste paar seconden vóór het samensmelten worden geproduceerd.
Om een groot deel van het proces vast te leggen, moeten we laagfrequente zwaartekrachtsgolven detecteren. En dat betekent een veel grotere afstand tussen de interferometerspiegels en een ontsnapping aan de seismische ruis van de aarde. Dat betekent dat je de ruimte in gaat.
Het ontwerp van LISA bestaat uit een buitenste omhulsel van het ruimtevaartuig dat schokken van stof en kosmische straling absorbeert die ons zonnestelsel binnendringen en een laser aandrijft die sterk genoeg is om 2,5 miljoen kilometer te reiken. Het zal ook een telescoop huisvesten om het binnenkomende laserlicht te focusseren, dat zich vanuit zijn normale smalle straal over deze afstanden zal verspreiden. Vrij zwevend binnenin bevindt zich een massa die, geïsoleerd van de rest van het heelal, een stabiel platform zou moeten bieden om eventuele veranderingen in de laser op te vangen. Drie ruimtevaartuigen volgen de aarde in haar baan rond de zon, waarbij elk lasers naar de andere twee stuurt in een driehoekige configuratie.
Het klinkt misschien als sciencefiction, maar ESA heeft al een rovermissie de ruimte in gestuurd om de technologie te testen. En het werkte 20 keer beter dan gepland, waardoor drie keer de gevoeligheid wordt geboden die nodig is om LISA te laten werken. Er is dus geen duidelijk punt.
Het wordt superzwaar
Zodra het de ruimte bereikt, zou het onmiddellijk de komende botsingen moeten opmerken die tot LIGO-detecties hebben geleid. Maar het zal ze tot een jaar van tevoren detecteren en ons in staat stellen te volgen waar de horizon van de gebeurtenis elkaar raakt. Dit zou ons in staat stellen de fysica van hun interacties in de loop van de tijd te volgen en mogelijk optische telescopen in de goede richting te richten vóór de botsing, zodat we kunnen bepalen of een van deze gebeurtenissen straling produceert. (Dit kan ons in staat stellen oorzaken toe te wijzen aan bepaalde klassen van gebeurtenissen die we al via fotonen hebben gedetecteerd.)
Maar dat is slechts een deel van het voordeel. Vanwege hun veel grotere omvang kunnen superzware samensmeltingen van zwarte gaten alleen bij lagere frequenties worden gedetecteerd. Omdat dit naar verwachting zal gebeuren na vele fusies van sterrenstelsels, hopen we ze te kunnen opsporen.
Misschien wel het meest opwindende vooruitzicht is dat LISA de vroege zwaartekrachtfluctuaties zou kunnen opvangen die vlak na de oerknal ontstonden. Dit heeft het potentieel om een nieuw beeld te geven van de vroegste geschiedenis van het heelal, een beeld dat volledig onafhankelijk is van de kosmische microgolfachtergrond.
Nu jullie allemaal net zo enthousiast zijn als ik, moet ik jullie tot mijn spijt mededelen dat de lanceringsdatum pas in 2034 gepland is. Dus wacht nog een decennium – ik beloof dat het zijn vruchten zal afwerpen.