Gravitatiegolven: van theorie naar realiteit

LISA Pathfinder werd gelanceerd op 3 december 2015 en begon zijn wetenschappelijke opdracht in maart 2016. Die eindigde eind juni na 16 maanden.

De lancering van LISA Pathfinder gebeurde kort na de eerste waarneming van gravitatiegolven door een Amerikaans observatorium. Deze ‘rimpelingen’ in de ruimtetijd zijn een eeuw geleden al voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Hun werkelijke waarneming wordt als een van de belangrijkste wetenschappelijke ontdekkingen van de afgelopen tijd gezien.

LISA Pathfinder was een voorbereiding voor het projct LISA, kort voor Laser Interferometer Space Antenna, dat deze gravitatiegolven moet opsporen. Het bestaat uit drie ruimtesondes die in 2034 gelanceerd worden en die met een tussenliggende afstand van 2,5 miljoen kilometer in een driehoekige formatie zullen vliegen.

Afgelopen 18 juli werd LISA Pathfinder finaal uitgeschakeld. De vluchtleiders hebben van de laatste dagen van het ruimtetuig geprofiteerd om nog een aantal technologische tests uit te voeren, die onder meer de bouwers van de apparatuur aan boord belangrijke feedback moeten geven over zowel routinematige als minder gebruikelijke omstandigheden.

‘De detectoren van gravitatiegolven meten de veranderende afstand van twee kubussen in vrije val. Veranderingen in de oriëntatie en bewegingen van het ruimtetuig kunnen deze metingen verstoren en we willen beter begrijpen hoe dat juist zit voor onze toekomstige missie’, aldus vluchtleider Ian Harrison. 

De vluchtleiders in het ESA-controlecentrum in Darmstadt in Duitsland hebben de laatste dagen van LISA Pathfinder dagelijks tests uitgevoerd. Men moest daarvoor wachten tot het einde van de nominale wetenschappelijke missie op 30 juni omdat daarvoor juist een heel stabiele en ‘rustige’ omgeving nodig was.

Bakken, rammelen en rollen

De ingenieurs hebben LISA Pathfinder in juli vervolgens aan een zwaar testregime onderworpen en het ruimtetuig als het ware laten ‘bakken, rammelen en rollen’. Ze onderzochten onder meer de invloed van de zonnestraling op het microvoortstuwingssysteem, na eerdere tests op de aarde, en de gevolgen van magnetische interferentie. Ze bekeken ook de invloed van de loodzware omstandigheden in de ruimte op de hardware. 

Europese bedrijven die hardware bouwen kunnen met de resultaten van de tests nu rekening houden bij het ontwerpen van toekomstige apparatuur. Dat moet ongewenste invloeden op wetenschappelijke resultaten zo veel mogelijk elimineren.

In het vooruitzicht van het definitieve einde van de missie manoeuvreerde LISA Pathfinder zich in april in een veilige parkeerbaan om de zon, zodat er weinig kans is dat het ruimtetuig de komende 100 jaar in de buurt van de aarde of de maan komt. Dit maneuver is in overeenstemming met een ESA-regel om ‘rommel’ in de ruimte te beperken.

‘Vóór LISA Pathfinder waren zwaartekrachtgolven slechts theorie, waarvan de toekomst achter een dikke, donkere muur verborgen lag’, zegt Paolo Ferri, hoofd van de ESA-vluchtleiding.

‘Maar LISA Pathfinder heeft nu een gat in deze muur geslagen. We hebben nog een lange weg af te leggen om met onze toekomstige missie gravitatiegolven waar te nemen.' 

'Maar we zien nu dat het mogelijk is en we kunnen aan de lange weg beginnen timmeren.’

België betrokken

 

Bij de missie van LISA Pathfinder waren in België gevestigde bedrijven betrokken. Spacebel werd in 2005 aangeduid om de software voor de gegevensverwerking te ontwikkelen, een onderdeel van de boordsoftware.  

Het was daarmee niet aan zijn proefstuk toe. Spacebel ontwikkelde eerder al software voor de 'made in Belgium' satellieten Proba 1 en Proba 2 en voor de eerste Europese maansonde SMART 1. Het software engineering bedrijf bevindt zich in Angleur in de Luikse Spatiopôle en heeft in Hoeilaart een bijkantoor. Thales Alenia Space Belgium in Mont-sur-Marchienne (Charleroi) stond dan weer in voor het subsysteem voor de vermogensregeling van LISA Pathfinder.  

Op wetenschappelijk vlak maakt het Gravitational Wave Centre van de KU Leuven deel uit van het wetenschappelijk consortium dat de toekomstige missie LISA voorbereidt. Het is een gezamenlijk initiatief van het Instituut voor Sterrenkunde en het Instituut voor Theoretische Fysica van de KU Leuven en een platform voor de Belgische deelname aan LISA en andere observatoria. Het centrum werkt daarbij ook samen met onderzoekers van de ULB, UCL en VUB. Voorwerp van onderzoek zijn onder meer de kosmologie van het vroege universum, zwarte gaten en hun omgeving en de evolutie van massieve dubbelsterren. 

Klik hier om meer informatie te lezen over LISA Pathfinder en het toekomstige project LISA.

Video