zwaartekrachtgolven Kijken naar rimpelingen in de ruimte

Kijken naar rimpelingen in de ruimte (zwaartekrachtgolven)

Speciaal omdat in maart dit jaar de zwaartekrachtgolven voor het eerst met dit instrument zijn waargenomen, een ‘verhaal uit de oude doos’, waarin onderzoeker Jo van den Brand in 2006 (!) uitlegt hoe mooi Virgo in de Toscane moet gaan worden.

Wie naar de hemel kijkt, ziet het verleden: het licht van veel sterren bereikt ons pas na miljarden jaren. Terugkijken tot de oerknal moet dan ook kunnen, zou je denken. De praktijk blijkt weerbarstig, maar met een nieuw soort telescoop gaat het wellicht lukken.

tekst René Rector, Sciencestories.nl

Het onderzoeksinstituut Virgo, even onder Pisa, heeft wel iets weg van de Chinese muur. Stukken kleiner, maar toch indrukwekkend. Twee haaks op elkaar staande armen, drie kilometer per stuk, moeten vanaf volgend jaar de kennis over het heelal spectaculair gaan vergroten. Virgo is een telescoop, maar niet zomaar een. Hij is speciaal ontworpen om een soort golven te meten dat tot nu toe alleen maar indirect werd waargenomen: zwaartekrachtgolven. “Het opent een compleet nieuw terrein in de astronomie”, stelt prof. dr. Jo van den Brand, die namens de VU bij Virgo betrokken is. “Je moet je voorstellen dat we van het meeste dat zich in de ruimte bevindt, nog niets weten. We weten alleen iets van hemellichamen die elektromagnetische straling, zoals licht of radiogolven, uitzenden. Dat is naar schatting in maar één procent van de materie het geval. Van de rest weten we alleen indirect dat het er moet zijn.”

Voor Van den Brand is de speurtocht naar die onzichtbare donkere materie interessant. Wie een telescoop richt op het zwerk, kijkt in het verleden. Hoe verder weg je kijkt, hoe langer het licht dat je ziet erover heeft gedaan om de aarde te bereiken. Zo zien we de zon zoals hij acht minuten geleden was, de eerstvolgende ster zoals hij er in 2002 bij stond enzovoort. “In theorie moet je zo ver kunnen kijken als het heelal oud is: 13,7 miljard jaar. Alleen zijn licht en radiogolven van zo oud compleet verstoord.” Met glimoogjes voegt Van den Brand toe: “Met Virgo kun je nog verder in het verleden kijken. We kunnen zo misschien eindelijk zien wat er kort na de oerknal is gebeurd met het heelal.”

Zwaartekrachtgolven

Voor een telescoop is Virgo een raar ding. Niets richt een schotel naar omhoog. Niets wijst op een astronomische functie. Het doel van Virgo is om heel nauwkeurig de afstand tussen twee punten te meten. Zwaartekrachtgolven doen die afstand namelijk variëren (zie “Alles trilt, alles wankelt”). Je hoeft daarvoor niet omhoog te turen: de afstand op aarde zelf vibreert. “Nu is het nogal lastig om afstand zo nauwkeurig te meten”, stelt Van den Brand. “Daarom meten we twee afstanden die we met elkaar vergelijken. Verandert de ruimte in de ene richting wel, en in de andere niet, dan kun je het afstandsverschíl meten.”

Voor het meten gebruiken Virgo-technici lasers en kwalitatief hoogwaardige spiegels. Het principe daarvan is eenvoudig, maar de uitvoering is een hachelijke zaak, omdat de metingen onwaarschijnlijk nauwkeurig moeten zijn. “Als er een vliegtuig overvliegt, dan zien we dat terug in onze resultaten. De verschillen in afstand zijn zo klein, dat de apparatuur tot op de nanometer nauwkeurig moet zijn. Daarom is de VU ook betrokken geraakt, als enige Nederlandse universiteit”, vertelt Van den Brand trots. “Wij hebben veel ervaring met zulke gevoelige apparatuur. Van oorsprong was Virgo een Frans-Italiaans samenwerkingsproject.” De eerste daadwerkelijke, maar nog grove metingen vinden deze winter plaats. Pas in 2008 is het instrument zover af, dat het de gewenste nauwkeurigheid heeft.

Alles trilt, alles wankelt

Een meter is een meter. Dat weet het kleinste kind. Zou je kunnen terugstappen in de negen- tiende eeuw, dan zou natuurkunde inderdaad zo eenvoudig zijn. Maar het bleek te kort door de bocht. Afmetingen in de ruimte worden namelijk verstoord door hemellichamen: sterren, zwarte gaten, melkwegstelsels, enzovoort. Door die hemellichamen trekt de ruimte krom, en u kunt daardoor met recht uw ogen niet ge- loven als u wilt vaststellen waar aan de hemel- bol sterren exact staan.

Einstein berekende begin twintigste eeuw dat de ruimte namelijk helemaal niet zo vormvast was als iedereen dacht. Recht is niet altijd recht; volgens Einstein is het krom. Dat moet u zich als volgt voorstellen: u neemt een laken, en u legt dat in het gras. Dat laken is dan een volledig plat vlak – voor het gemak letten we niet al te goed op kleine oneffenheden. Vervolgens legt u in het midden van het laken een sinaasappel. Er ontstaat dan een kuil in het laken. Het platte vlak is daar door de massa van de sinaasappel automatisch gekromd.

Dit verhaal verscheen in 2006 in Gewoon bijzonder, corporate magazine van:

Vrije Universiteit Amsterdam | zwaartekrachtgolven