Nederland trekt 42 miljoen euro van het Nationaal Groeifonds uit voor de Einstein Telescoop. Ook wordt er 870 miljoen euro gereserveerd voor een Nederlandse inbreng aan de bouw van het project. Als de telescoop af is, dan meet deze zogenaamde zwaartekrachtgolven, die iets zeggen over gebeurtenissen in het heelal. Frank Linde onderzoekt de golven bij het Nikhef. De onderzoeksinstelling doet onderzoek naar elementaire deeltjes en krachten.
Lees via deze link de andere nieuwsartikelen over de subsidies uit het Groeifonds
Linde doet geen moeite om zijn enthousiasme te verbergen en steekt meteen van wal: “Dit is fundamenteel onderzoek in de puurste zin van het woord. Met dit instrument kunnen we nieuwe dingen leren over verschillende objecten in ons universum: zwarte gaten, neutronen sterren en supernovae en wellicht zelfs over de oerknal – het begin van ons universum – zelf. En het allerleukste: verrassende ontdekkingen doen!”
De Einstein Telescoop is geen gewone telescoop ‘zo eentje met een lange kijker’, maar hier vinden de metingen zo’n 200 tot 300 meter onder de grond plaats en kan continu het hele universum bekeken worden. Want zo weet Linde: “Zwaartekrachtgolven gaan dwars door de aarde heen.”
In 10 kilometer lange tunnels ketsen laserstralen heen en weer tussen extreem nauwkeurige spiegels in dikke vacuumbuizen. Supernauwkeurige lichtsensoren registreren de minuscule lengte veranderingen die een passerende zwaartekrachtgolf in de ruimtetijd creëert. Dat heeft wat extra uitleg nodig.
Algemene relativiteitstheorie
“Einstein heeft ooit bedacht dat als twee massa’s heen en weer schudden de ruimtetijd structuur verstoord wordt. Dat is een voorspelling van de algemene relativiteitstheorie die Einstein al in 1915 deed. Dit is een uitbreiding van Einsteins eerdere speciale relativiteitstheorie. Deze zegt eigenlijk dat niets sneller kan gaan dan het licht. Zo’n 300.000 kilometer per seconde. Oftewel in 1 seconde zevenmaal rond de aarde. De algemene relativiteitstheorie is complex, het duurde bijna 100 jaar voor we voor het eerst een zwaartekrachtgolf hebben gemeten. Deze golf werd veroorzaakt door twee samensmeltende zwarte gaten”, vertelt Linde.
Volgens de wetenschapper zijn zwarte gaten wat overblijft van een zware ster aan het einde van zijn levensduur. “Als al zijn ‘brandstof’ is uitgeput. Wist je dat als twee zwarte gaten samensmelten, ze in de laatste fracties van een seconde hun dans een paar zonnemassa’s omzetten in zwaartekrachtgolven? Onze zon zou er 1000 miljard jaar over doen om zijn gehele massa om te zetten in energie. Maar onze zon houdt er na 10 miljard jaar mee op en heeft dan zo’n 1 procent van zijn massa omgezet in energie. Dat is het zonlicht waar wij dagelijks van genieten.”
Volgens Linde kun je het effect van een zwaartekrachtgolf in de Einstein Telescoop vergelijken met de golfpatronen die ontstaan als je stenen in het water gooit. “De Einstein Telescoop meet over de 10 kilometer lange afstanden lengteveranderingen tot wel 18 nullen achter de komma. Dit is vergelijkbaar met de stijging van het waterniveau in het IJsselmeer als er één enkel regendruppeltje in het meer valt. Oftewel: ruim een miljard keer nauwkeuriger dan de precisie waarmee de beste machines van ASML computerchips kunnen maken.”
Fundamenteel onderzoek belangrijk
Of zwaartekrachtgolvenonderzoek ons nieuwe toepassingen gaan opleveren weet Linde niet. “Maar kijk alleen al naar de apparaten die je in je dagelijks leven tegenkomt. Veel daarvan waren er zonder fundamenteel onderzoek nooit geweest. Je telefoon, radio, televisie, radar en magnetron maken allemaal gebruik van elektromagnetischestraling. Allemaal voorspeld door wetenschappers die elektriciteit en magnetisme bestudeerden aan het eind van de 19e eeuw. Bekende ziekenhuisapparatuur röntgen, (n)mri, CT-scanners en PET-scanners hebben vrijwel allemaal hun oorsprong in de kern- en elementaire deeltjes fysica. Computerchips en daarmee veel van onze elektronica waren er niet geweest zonder de ontwikkeling van de quantummechanica. Zonder Einsteins algemene relativiteitstheorie zou het GPS-systeem snel denken dat je in het weiland in plaats van op de weg reed. En zo kan ik nog wel even doorgaan met voorbeelden. Ik ben er heilig van overtuigd dat fundamenteel onderzoek ongelooflijk belangrijk is. zeker voor een land als Nederland dat een kenniseconomie wil zijn.”
Bovendien, zo zegt hij met een grote glimlach. “Wij blijven wetenschappers en willen de dolgraag de scheurtjes vinden in de relativiteitstheorie van Einstein om langs die weg uiteindelijk een theorie van de zwaartekracht te vinden die niet alleen voldoet aan Einsteins relativiteitsprincipe, maar ook aan de principes van de quantummechanica.”
Ook de locatie in Zuid-Limburg is belangrijk volgens Linde. “Je kunt je voorstellen dat als je zulke gevoelige metingen uitvoert, je ruis en trillingen maximaal wilt beperken. Door de telescoop 200 tot 300 meter onder het maaiveld te bouwen, reduceer je al veel ruis van bijvoorbeeld regenbuien, bewegende bomen en menselijke activiteit. Nog belangrijker is de grond in Zuid-Limburg. Een zachte bovenlaag met daaronder een hardere rots. Deze hardere ondergrond is nodig voor de ondergrondse tunnels en de detectie-apparatuur. De zachte bovenlaag heeft een enorme dempende werking op alle trillingen die van boven de grond komen. Vergelijk het maar met het slaan van een hamer in het zand of op een stuk metaal: in eerste geval gebeurt er weinig en in het tweede geval trilt het blok metaal luid.”
Samenwerken met Nederlandse industrie
De 42 miljoen euro die nu is toegezegd gaat het consortium met partijen uit Nederland, België en Duitsland gebruiken om het Einstein Telescoop-ontwerp verder te ontwikkelen. Voorwaarde bij de subsidie is dat met name de Nederlandse industrie hierin betrokken wordt. “Logisch natuurlijk dat de politiek, met name de Nederlandse industrie – werkgelegenheid en kansen op nieuwe technologieën– wil betrekken in dit high-tech project. Er is nog aardig wat onderzoek en ontwikkeling nodig voor de telescoop echt gebouwd kan worden. Zo moeten we de dunne en extreem nauwkeurige coatings voor de grote spiegels nog perfectioneren. Ook de uitgravingen zelf moeten we gezien de hoge kosten zien te optimaliseren. Hetzelfde geldt voor het extreem hoge vacuümsysteem waar het licht doorheen gaat. Hiervoor wordt bijvoorbeeld nu al samengewerkt met industriële partijen als VDL en Tata Steel.”
De totale kosten van de Einstein Telescoop komen neer op zo’n 2 miljard euro en de bouw van het project zal zo’n 10 tot 15 jaar duren. “Bovendien is het ook niet zo dat als hij er eenmaal staat er niets meer gebeurt. Door het constante meten, gaat de high-tech apparatuur in de telescoop vooruit. Denk aan de lasers, spiegels en sensoren. Hierdoor zal de gevoeligheid van de Einstein Telescoop iedere paar jaar beter worden. Op die manier zal de de telescoop minstens 50 jaar lang een top onderzoeksfaciliteit blijven.”
Talent aantrekken
Volgens Linde zou de komst van deze telescoop een flinke aanzuiging hebben op talent. “Faciliteiten als deze maakt jonge natuur- en sterrenkundigen enthousiast. Ik ben zelf ook ooit natuur- en sterrenkunde gaan studeren omdat ik destijds het onderzoek bij CERN in Zwitserland zo spannend vond. De Einstein Telescoop zal net zo’n effect hebben en ik denk dat dit eigenlijk een van de belangrijkste outputs van dit project zal zijn: nieuw talent.”
Maar voor het zo ver is moet er nog een hoop gebeuren. Pas in 2025 wordt het uiteindelijke besluit voor de plaatsing van de telescoop genomen. Want ook Italië is in de race voor dit prestigieuze project.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
