Blokjes zijn getest in Parijs

Naast krachten van buitenaf zijn er ook invloeden van binnenuit op de satelliet, die de positie van de blokjes kunnen veranderen. Zo kunnen er magnetische velden opgewekt worden door de boordcomputer of de warmtestraling van de elektrische apparatuur. Daarom zijn de blokjes naar het internationaal bureau van gewichten en maten (BIPM) in Parijs gestuurd, dat gemeten heeft hoe ze op een magnetisch veld reageerden, zodat die invloed gecorrigeerd kan worden.

Het maken van een drag free-satelliet is niet de enige taak van de Pathfinder.

Er wordt ook een techniek getest om de kleine veranderingen in afstand die ontstaan onder invloed van gravitatiegolven, te bepalen. In de testsatelliet zit er maar 35 centimeter tussen de blokjes, terwijl de afstand tussen de drie satellieten in het project 5 miljoen kilometer zal zijn. Een geavanceerd lasersysteem moet de veranderingen in de onderlinge positie van de blokjes tot een paar picometer nauwkeurig meten. Dat komt overeen met de verandering die optreedt als er een bacterie op een blokje komt.

De satelliet gaat om eerste Lagrangepunt draaien

De LISA Pathfinder gaat om het eerste Lagrangepunt (L1) draaien, op 1,5 miljoen kilometer van de aarde richting de zon. Een Vega-raket stuurt de eerste satelliet in een ellips rond de aarde op 200 tot 1600 kilometer hoogte. In drie weken wordt de baan langzaam verhoogd tot de satelliet het Lagrangepunt bereikt heeft, waar deze de volgende jaren een ellips zal beschrijven met een afstand van 500.000 tot 800.000 kilometer tot L1.

Als het experiment met de Pathfinder slaagt, gaan ESA en NASA verder met het eigenlijke LISA-project, en zal een Atlas-raket drie satellieten lanceren. In een baan om de zon zullen ze de aarde vanaf 50 miljoen kilometer volgen. Ten slotte worden ze in een driehoek geparkeerd, met zijden van 5 miljoen kilometer.

Met de techniek die is ontwikkeld in de Pathfinder worden de satellieten drag free gemaakt. Elke satelliet bevat twee 40 cm-telescopen, die aangebracht zijn met een onderlinge hoek van 60°, zodat ze op de twee andere satellieten gericht zijn. De telescopen hebben een sterke laser en net zo’n goud-platinablokje als in de Pathfinder. Elke satelliet stuurt continu een laserstraal naar de twee andere en meet of er faseverschillen ontstaan. Zo kunnen veranderingen in de onderlinge afstand tussen de satellieten worden gemeten tot 10 picometer nauwkeurig: 1/10 van de diameter van een atoom.

Focus op zwarte gaten

Als de techniek werkt, is de weg vrij voor een nieuw soort heelalonderzoek, want veel objecten kunnen dan bestudeerd worden met behulp van gravitatiegolven. Zwarte gaten staan op het verlanglijstje bovenaan. Een zwart gat alleen stuurt geen gravitatiegolven uit, maar als twee zwarte gaten om elkaar heen draaien, zetten ze de ruimtetijd pas echt goed in beweging, vooral als het supermassieve zwarte gaten zijn, die in het centrum van sterrenstelsels voorkomen.

Door de gravitatiegolven verliezen de twee gaten energie en komen ze dichter bij elkaar, om uiteindelijk te versmelten tot één groot zwart gat. Hoe dat gebeurt weten we niet, maar de ontmoeting gaat vergezeld van gravitatiegolven, wellicht de beste (en ook de enige) manier waarop we deze gebeurtenis kunnen volgen.

Bovendien zenden veel dubbelsterren gravitatiegolven uit. We hebben deze golven nog nooit opgevangen, afgezien van één enkele indirecte meting. Dat was de Hulse-Taylor-dubbelpulsar, die uit twee neutronensterren bestaat die om elkaar cirkelen. Na het meten van hun banen stelde men vast dat ze energie verliezen in het tempo dat de relativiteitstheorie voorspelt. Dit verlies aan energie komt volgens de theorie door het uitzenden van gravitatiegolven.

Maar dat is slechts een indirecte meting – sterrenkundigen zouden de golven veel liever rechtstreeks meten. Daarom willen ze de ‘driehoek’ van de drie satellieten langzaam laten draaien, zodat ze de oorsprong van de golven beter kunnen vaststellen.

Meer in het algemeen zou LISA ons weer wat wijzer kunnen maken over de zwaartekracht. Want van alle vier de natuurkrachten is dit de kracht waarover de wetenschap nog het minste weet.

Klik in het venster rechts om een animatie te bekijken van de geplande LISA-missie

• Vorige Pagina 2 van 2