2020-02 MIRA Ceti sprak met... Bart Vandenbussche


Het spreekwoord ‘Jong geleerd is oud gedaan’ geldt zeker voor Bart Vandenbussche (°1973), senior staflid aan het Instituut voor Sterrenkunde van de KU Leuven. Als jonge kerel raakte hij gefascineerd door de wereld van sterrenkunde en ruimtevaart, en momenteel maakt hij zijn dromen waar door actief mee te werken aan schitterende ruimtevaartprojecten als de James Webb Space Telescope, ARIEL en PLATO. Om meer te weten te komen over Bart en de projecten waar hij mee bezig was en is, trok MIRA Ceti naar Leuven voor een boeiend gesprek.

 

Bart%20Vandenbussche.JPG
           Bart Vandenbussche in het nieuwe labo van het Leuvense Instituut voor Sterrenkunde

 

Bart, jij bent al heel lang actief betrokken bij de werking van onze collega’s van Volkssterrenwacht Beisbroek in Brugge, nietwaar?

Dat klopt, ik herinner me nog een grote ruimtevaarttentoonstelling in Oostende, Space 86. Dat was in  de zomer van 1986, ik was toen twaalf jaar. Een kameraad op school die daar ook erg door geboeid was wist me te vertellen dat er op de volkssterrenwacht in Brugge jeugdcursussen gegeven werden, en zo ben ik op Beisbroek terecht gekomen. Daar was ook een lokale afdeling van de Jongerenvereniging Voor Sterrenkunde JVS actief, de jeugdwerkgroep Vigilia, een ideale omgeving om met gelijkgestemde jongeren actief bezig te zijn in verband met sterrenkunde en ruimtevaart. In de JVS ben ik uiteindelijk na een tijd in het bestuur beland, en vandaar ook nauw betrokken geraakt bij de Vereniging Voor Sterrenkunde. En bij Volkssterrenwacht Beisbroek ben ik nog altijd als schatbewaarder actief en zoek ik voor de lezingenreeks ‘Actuele onderwerpen in de sterrenkunde’ interessante sprekers bij elkaar.

 

Maar ondanks jouw passie voor sterrenkunde ben je niet meteen natuurkunde en sterrenkunde gaan studeren aan de universiteit?

Inderdaad, ik heb informatica gestudeerd, maar tijdens mijn studentenjaren organiseerde ik voor het IAYC, het International Astronomical Youth Camp, mee drieweekse sterrenkundekampen voor jongeren van 16 tot 24 jaar. Dat was niet alleen heel fijn om te doen, maar het heeft me ook zin doen krijgen om zelf professioneel met sterrenkundig onderzoek bezig te zijn. Op die kampen werd immers rond bepaalde projecten gewerkt en konden de deelnemers ook een eigen onderzoekje verrichten.

Mijn thesis heb ik gemaakt over een systeem om de kalibratie van gegevens voor de Infrared Space Observatory bij te houden. Dat kon omdat Christoffel Waelkens van het Instituut voor Sterrenkunde van de KU Leuven mij kende via de Vereniging Voor Sterrenkunde en een informaticus nodig had voor die Infrared Space Observatory, de ISO, waar hij aan meewerkte.

Nadat ik afgestudeerd was, kon ik meteen voor twee jaar in Spanje terecht bij het team dat aan de kalibratie van de instrumenten op die satelliet werkte op het ESA-grondstation van Villafranca del Castillo. In het begin was dat vooral software ontwikkelen, maar geleidelijk begon ik me meer bezig te houden met het kalibreren van het instrument, een spectrometer voor mid-infrarode golflengten , wat ik ook heel interessant vond. In dat team heb ik heel veel bijgeleerd. In die periode ben ik bij een hele waaier aan astronomische onderzoekstopics betrokken geraakt en heb ik zelf ook een aantal dingen gedaan rond astrochemie en dergelijke.

Terug in Leuven heb ik dan mijn doctoraat afgewerkt, dat ging over de kalibratie van die ISO spectrometer voor korte golflengten en een atlas van spectra die door dat instrument waren verkregen. Het ging dus meer over de fysica van het instrument dan over de fysica van de astronomische objecten die ermee werden waargenomen.

 

Jouw specialisatie kwam dan zeker goed van pas voor de Herschel Space Observatory die de ESA in 2009 lanceerde? 

Ons instituut was inderdaad nauw betrokken bij dat project. Herschel was een ruimtetelescoop die tot eind april 2013 waarnemingen deed in het verre infrarood en het submillimetergebied van het spectrum. Het team dat de spectrometer aan boord van Herschel kalibreerde was een internationaal team van verschillende instituten, waarbij ik instond voor de coördinatie van de werkzaamheden op dat vlak.

Bij Herschel heb ik de hele ontwikkeling van het instrument meegemaakt, van het ontwerp op de tekentafel totdat het uiteindelijk buiten werking werd gesteld toen de vloeibare helium die als koelvloeistof dienst deed verdampt was. Vanaf dan was de missie voorbij. Herschel was alleszins een zeer geslaagd project met vele relevante resultaten, verschillende instituten in België hebben daar interessante metingen mee gedaan en mooie publicaties uit gehaald.

 

Herschel_b.jpg
  Copyright: ESA. Herschel Space Telescope klaar om gemonteerd te worden voor de lancering

 

Hoe lang duurt het om een dergelijk project te realiseren?

Als je het hebt over de eerste ideeën en plannen over wat je zou willen realiseren met je project tot het moment dat het ruimtetuig effectief gelanceerd wordt, voor grote missies gaat dat toch al gauw over een periode van twintig jaar. Eens een missie goedgekeurd is, zal het ook nog verschillende jaren duren om alles klaar te krijgen, het zijn nu eenmaal erg complexe ondernemingen met veel betrokkenen, en alles moet perfect op mekaar afgestemd zijn. Dat zijn dus allemaal langlopende projecten.

En je kan natuurlijk tegelijkertijd in meerdere projecten participeren: ik was al met Herschel bezig toen ik nog volop aan de ISO aan het werken was. En toen we met Herschel bezig waren, waren we al plannen aan het maken voor een volgende missie. En daar zijn we eigenlijk nog altijd plannen voor aan het maken, want onze SPICA-missie is nog altijd niet geselecteerd. SPICA staat voor SPace Infrared telescope for Cosmology and Astrophysics, het is een soort van vervolg op de Herschel-telescoop, maar met een detector die gevoeliger zal zijn voor kouder infrarood licht dan bij Herschel het geval was.

Nu en dan is er een zogenaamde ‘call for proposals’ van de ESA, waarbij wetenschappers voorstellen kunnen doen voor projecten die volgens hen zouden moeten gerealiseerd worden. Typisch zijn er een honderdtal voorstellen, en uiteindelijk is het de bedoeling dat van al die voorstellen er vijftien à twintig jaar later effectief één van gerealiseerd wordt. Het zijn natuurlijk allemaal bekwame teams met hun gedrevenheid en overtuiging van het belang van hun project waarmee wij in competitie gaan, dus je mag wel stellen dat de concurrentie redelijk groot is. Of onze SPICA-missie gerealiseerd zal worden, gaan we misschien over anderhalf jaar weten. Spannend afwachten dus.

 

Maar de James Webb Space Telescope, het is een zekerheid dat die zal gelanceerd worden, en jullie hebben daar ook  een instrument aan boord?

De James Webb Space Telescope, afgekort de JWST, wordt in 2021 gelanceerd. Officieel is de datum nog altijd 30 maart, maar er zit altijd wat marge op het schema, wij denken dat het wellicht oktober wordt.

 

JWST-HST-primary-mirrors.jpg
  Copyright: NASA

Zeker? Want de lanceerdatum is al meerdere keren opgeschoven.

Goh, hoe verder je in het programma geraakt, hoe kleiner de marge wordt. Ik denk dat oktober 2021 realistisch is.

Wij zijn bezig met het MIRI-instrument op de JWST. MIRI is een mid-infrarood camera en spectrograaf. Een aantal elementen daarvan zijn gebouwd in België. Het Centre Spatial de Liège en de firma OIP Sensor Systems uit Oudenaarde hebben een aantal onderdelen gebouwd voor MIRI. Samen met de U Gent werken wij in Leuven aan het softwaregedeelte, de karakterisatie en de kalibratie van de spectrograaf. We zijn daar al een hele poos mee bezig.

In eerste instantie werd het instrument getest op instrumentniveau, dat gebeurde in het Rutherford Appleton Laboratory in de buurt van Oxford.

Vervolgens werd het instrument bij NASA afgeleverd op het Goddard Space Flight Center in de buurt van Washington D.C. Daar heeft men MIRI in een module gestoken samen met de andere aangeleverde instrumenten om drie testcampagnes uit te voeren van telkens een paar maanden. Daarbij worden testen gedaan in wat we het thermale vacuüm noemen, een vacuümtank in een thermische omgeving die representatief is om de prestaties van het instrument te kunnen verifiëren. In die fase is het de bedoeling om de karakteristieken van het instrument te kunnen bepalen en alles te kalibreren. De metingen van elektrische signalen moeten vertaald worden naar welbepaalde fotonen, waarbij we rekening dienen te houden met het optische model dat we hanteren. Je hebt het ideale model, maar perfectie bestaat niet en je hebt natuurlijk bepaalde toleranties als je een instrument bouwt, zeker bij de nauwkeurigheid waarmee wij werken. Alle parameters moeten we karakteriseren om nadien een data-algoritme te kunnen construeren waarmee we de ruwe gegevens die we binnenkrijgen kunnen omzetten naar reële fysische eenheden van het object waar we naar kijken.

Daarna werd het instrument en de instrumentmodule geïnstalleerd bij de telescoop, die integratie gebeurde ook op Goddard.

Met een diameter van 6,5 meter is de JWST een heel groot instrument. Om hem in de laadruimte van de Ariane 5 te kunnen plaatsen wordt de spiegel opgevouwen, maar om hem te kunnen testen, is een heel grote testfaciliteit nodig. Er is er maar één die groot genoeg is: degene op het Johnson Space Center in Houston die  indertijd gebouwd werd om de grote modules voor het Apolloprogramma te kunnen testen. Daar staat een gigantisch gebouw waar de volledige JWST in past en waar de nodige stimuli aanwezig zijn om alle nuttige metrologie te kunnen uitvoeren. Zo kan je er een ster op oneindig simuleren om te controleren of de resultaten van de metingen corresponderen met wat het instrument theoretisch zou moeten kunnen.

Dat was in 2017, het was net in de periode dat Hurricane Harvey daar passeerde. Zelf was ik juist terug naar huis vertrokken, maar ik herinner me dat een van onze studenten twee weken nodig gehad heeft om op het Space Center te geraken, waar de testen wel gewoon doorgingen.   

 

Waren die faciliteiten nog in goede staat als die dateren uit de tijd van Apollo, toch zo’n halve eeuw geleden?

Ze zien er misschien wel gedateerd uit, maar ze werden helemaal opgeknapt en omgebouwd voor de nieuwe opdracht. De reusachtige vacuümtank werd voorzien van krachtige nieuwe vacuümpompen, en er werd een groot thermisch schild geïnstalleerd om een representatieve infraroodachtergrond te kunnen simuleren, waarmee de infraroodcapaciteit van de JWST kon getest worden.

Op dit ogenblik staat de telescoop in Californië, waar hij geïntegreerd wordt in een servicemodule. Die module verzorgt alle functies om te kunnen communiceren en om de satelliet te kunnen richten. En er wordt ook een groot zonnescherm geïnstalleerd om de spiegel van de telescoop te beschermen tegen het felle zonlicht in de ruimte.

Vervolgens vertrekt de hele JWST kant en klaar vanuit Californië op een boot naar de ESA-lanceerbasis van Kourou in Frans-Guyana.

 

Dat is dan de laatste etappe?

De laatste etappe is de lancering met een Ariane 5 naar het tweede Lagrangepunt. Momenteel zijn we vooral bezig met het voorbereiden van wat ze de ‘commissioning’ noemen, de inbedrijfstelling. Gedurende de eerste zes maanden in de ruimte wordt de spiegel van 6,5 meter helemaal uitgevouwd en wordt het instrument gekarakteriseerd en gekalibreerd. Dat alles gebeurt vanuit het Space Telescope Sciene Institute in Baltimore. We werken daarvoor intensief samen met onze Europese collega’s die het instrument mee hebben helpen bouwen.

 

Gaat de Hubble-ruimtetelescoop nog lang actief blijven?

Die zal nog wel even doorgaan. Bovendien is Hubble, de HST, complementair met het golflengtebereik van de JWST. Het is dus niet zo dat als je de JWST lanceert, de HST waardeloos zou zijn. De JWST heeft vooral infraroodinstrumenten aan boord, bedoeling is om naar het uiteinde van het heelal te kijken, naar koude dingen in het heelal, terwijl de HST veel ultravioletcapaciteit heeft, en dat is iets dat zal wegvallen als hij er niet meer is.

 

Een ander belangrijk project waar jullie in Leuven mee bezig zijn is PLATO.

Ons instituut is inderdaad sterk betrokken bij PLATO, momenteel ben ik heel hard aan het werken aan deze ruimtemissie. PLATO staat voor PLAnetary Transits and Oscillations of stars.

PLATO is uitgerust met 26 camera’s. Twee daarvan worden voor de standbepaling gebruikt en om snelle fotometrie mee te doen, maar de vierentwintig andere camera’s staan in groepjes van zes en kijken naar hetzelfde deel van de hemel, met een stuk overlapping. Uiteindelijk hebben we een beeldveld van veertig graden, en het is de bedoeling van PLATO om twee jaar lang naar een sterrenveld te kijken in het zuidelijk halfrond, en twee jaar lang naar een sterrenveld in het noordelijk halfrond. Zo willen we in dat veld exoplaneten ontdekken rond heldere sterren die typisch een langere omloopperiode hebben dan de meeste van de exoplaneten die we nu al kennen. Tot op heden kennen we vooral exoplaneten met heel korte omloopperioden.

De Amerikaanse TESS-satelliet die intussen gelanceerd is, observeert de hele hemel, maar verdeelt die in sectoren en kijkt typisch een maand naar elke sector. Als je een planeet hebt die een omlooptijd heeft van langer dan een maand, heb je niet zoveel kans om die gezien te hebben. En als je ze toch gezien hebt, ga je ze waarschijnlijk maar één keer gezien hebben.

De bedoeling van PLATO is om, als je een exoplaneet hebt in een baan vergelijkbaar met die van de Aarde rond de Zon, dat we die minstens twee keer gezien zou hebben. Daartoe gaat PLATO een miljoen sterren in de gaten houden, en op de manier dat PLATO te werk gaat zullen we veel nieuwe exoplaneten detecteren waarvan we nauwkeuriger de massa en diameter zullen kunnen bepalen. En dat is interessant met het oog op het opsporen van planeten waar leven zou kunnen voorkomen. Het zal dus zoals bij de Kepler-missie zijn, de grootteorde van planeten die we gaan vinden is zoals die van Kepler, maar het grote verschil is dat we ze gaan vinden rond heldere sterren die dicht genoeg staan en vooral helder genoeg zijn om vanaf het aardoppervlak opvolging te kunnen doen met radiële snelheidsmetingen via spectrografen.

De planeten waarvan we de massa kennen door de radiële snelheidsmetingen en waarvan we ook de grootte kennen omdat we bij een transit gezien hebben hoe groot de helderheidsdip is, daar hebben we er maar een stuk of vijftig van. Dat is absoluut onvoldoende om een betrouwbare statistiek te hebben over de dichtheden van die planeten.

Het is de bedoeling dat we op de Mercator-sterrenwacht op La Palma daar ook een bijdrage aan zullen kunnen leveren. We hebben net aanzienlijke fondsen verworven voor de realisatie van een hoge resolutiespectrograaf met vier 80cm telescopen die naar verschillende sterren kijken, maar waarbij we tezelfdertijd een hoog resolutiespectrum met een nauwkeurigheid van één meter per seconde kunnen opmeten. MARVEL is de naam van dat project.

De lenzentelescopen voor de PLATO-missie wordt in Italië gebouwd, en wordt in België geassembleerd en gealigneerd met de CCD-chips om zo 26 camera’s te bouwen. Daarbij installeren we 2 x 2 sets van 4.000 bij 4.000 pixels van 8 cm groot achter de camera, dat is wat we de ‘focal plane array’ noemen. Die moet aan de telescoop gehangen en precies gealigneerd worden, dat gebeurt aan het Centre Spatial in Luik, en is een Belgische verantwoordelijkheid onder mijn supervisie. Nadien gaan ze naar drie verschillende testcentra in Frankrijk, Nederland en Spanje om ze in een operationele omgeving mechanisch te kunnen testen.

We zijn hier met een redelijk groot team aan bezig, we hebben ook een softwaresimulator ontwikkeld om de missie te simuleren. En er is ook een team bezig met de wetenschappelijke vragen van deze missie.

Als alles goed gaat, wordt PLATO in 2024 gelanceerd.

 

PLATO zal ook veel informatie opleveren over stertrillingen?

Je weet natuurlijk dat we hier op ons instituut een sterke traditie hebben op gebied van asteroseismologie, en de Belgische co-PI voor PLATO is Conny Aerts, het is trouwens vooral door haar interesse voor asteroseismologie dat we in Leuven zo nauw betrokken zijn bij PLATO.

Als PLATO twee jaar naar die sterren kijkt om te zien of er planeettransits zijn, heb je natuurlijk ook een heel lange reeks waarnemingen van die ster, of er nu een transit is of niet. Stertrillingen veroorzaken kleine variaties in het opgevangen sterlicht. Als je twee jaar lang data hebt met elke 25 seconden een datapunt, kan je ook heel nauwkeurig aan asteroseismologie doen en op basis van die trillingen de interne structuur van al die sterren afleiden. En die informatie laat o.a. toe om een redelijk nauwkeurige bepaling te doen van hoe oud die sterren zijn. En dat is dan weer heel waardevol om ook voor de ontdekte exoplaneetsystemen zicht te krijgen op hoe oud die zijn. Zo kunnen we geleidelijk een coherent verhaal vertellen over hoe de eigenschappen van een typische populatie van exoplaneten zich verhoudt tot de eigenschappen van de moederster en hoe de evolutie van planeetsystemen in elkaar zit. En ook voor sterren waar we geen planeten rond vinden, is de verkregen informatie uiteraard een goudmijn om te begrijpen hoe de interne structuur van die sterren in elkaar zit.

PLATO is dus zonder meer een ongemeen boeiende ruimtemissie, waarbij de verwachhtingen op veel wetenschappelijke oogst hoog gespannen zijn.        

 

1567214298644-Exoplanets_missions_20180911_PLATO_1280.jpg

 

Wat een spectaculaire evolutie heeft de hele ruimtevaart doorgemaakt sinds de begindagen, niet?

Zeer zeker, maar dat geldt natuurlijk voor zovele sectoren in onze maatschappij. Als je kijkt naar de beelddetector die nu in je mobiele telefoon zit, die is heel wat krachtiger dan  wat er twintig jaar geleden beschikbaar was om op een satelliet te zetten. En ook de computerkracht is enorm toegenomen. Dankzij die vooruitgang kunnen we nu missies plannen en uitvoeren zoals ARIEL, ook een mooi project waar we op ons instituut mee bezig zijn.

Het is een ruimtemisssie van de ESA, ARIEL staat voor Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey. Zelf zit ik in het ESA Science Team voor ARIEL. In België staan we in voor de kalibratie en het testen van de ruimtetelescoop. Het is de bedoeling van ARIEL om optische en infraroodspectroscopie te doen van de atmosferen van exoplaneten. Om dat te realiseren gaan we met ARIEL kijken naar duizend exoplaneten.

Als zo’n planeet vóór zijn moederster passeert, kan je als het ware doorheen de atmosfeer van de planeet kijken, en uit het absorptiespectrum kan je proberen er de samenstelling van af te leiden. Ook als de planeet achter de ster verdwijnt, kan je het spectrum van het zuivere sterlicht vergelijken met wanneer de planeet vóór of naast de ster staat, uit het verschil kan je het emissiespectrum van de planeet bepalen. We moeten dus gedurende een transit – typisch duurt dat een uur of acht – een heel stabiele waarneming kunnen doen om alle ster- en planeetdata in de spectra uiterst precies van elkaar te kunnen aftrekken, anders verdwijnt alle waardevolle informatie in de ruis. Dat is de grote uitdaging voor ARIEL.

Je zou dat voor een stuk ook met de JWST kunnen doen, maar die is daarvoor niet geoptimaliseerd. Naast de vele andere opdrachten zal James Webb effectief ook wel gebruikt worden om een aantal exoplaneten te bestuderen en te karakteriseren, maar de grote statistisch relevante aantallen zullen moeten komen van ARIEL.

ARIEL zal niet zo gevoelig zijn voor aardachtige planeten, maar vooral voor de hetere Neptunusachtige en nog grotere exoplaneten. Het belangrijkste aspect van de missie is betere statistiek te krijgen om te begrijpen hoe planeetsystemen ontstaan en evolueren. Dankzij ARIEL gaan we van duizend planeten kunnen bepalen wat hun samenstelling is, we gaan dat kunnen correleren aan het soort ster waar de planeet rond draait en aan de baan waarin de planeet rond de ster beweegt.

 

Hoe gaan ze bij die planeten zogenaamde biomarkers kunnen ontdekken?

Daar zijn al studies over verschenen om te bepalen hoe we dat kunnen realiseren. Met de JWST is het haalbaar, als je lang genoeg integreert om het transitspectrum te meten. Er bestaan modellen van hoe exoplaneetatmosferen kunnen samengesteld zijn. Afhankelijk van hoe dat dit varieert in diepte kan je een model maken van hoe zo’n transmissiespectrum eruit zal zien. Afhankelijk van de daarin aanwezige moleculen levert dat een welbepaald typisch spectrum op. We beschikken over de nodige software om zo’n gemeten spectrum met alle inbegrepen ruis te vergelijken met modelspectra, en dan proberen we de best passende template daaraan te koppelen. En natuurlijk, hoe meer beperkingen je daar kan aan opleggen door informatie over meer parameters die je in rekening kan brengen, bijvoorbeeld kennis van de massa van de planeet, enzovoort, dat helpt allemaal om tot nog nauwkeuriger resultaten te komen.  

 

Ik hoorde ook nog over een CubeSat-project waar jullie aan werken?

We zijn inderdaad met een fase A studie gestart om onze eigen spectroscopie CubeSat te bouwen van 20 bij 10 bij 30 cm. Wij hebben de leiding over het hele project, maar we werken er wel voor samen met twee Belgische en een Deens bedrijf.

De bedoeling daarvan is om seismologie van een paar massieve sterren te gaan doen. Je hebt reeds kleine satellietjes die fotometrie kunnen doen, zoals de BRITE-Constellation, maar wat nog niet bestaat is dergelijke kleine zoals we zeggen nanosatellieten die spectra kunnen maken. En waarom zouden we spectra vanuit de ruimte willen meten? Omdat we vanuit de ruimte geen absorptie hebben door de aardse atmosfeer en omdat we daar lange ononderbroken metingen kunnen realiseren.

Wat wij met onze CubeSat willen gaan doen is drie maanden aan een stuk naar een aantal massieve sterren kijken om uit de variaties van de lijnprofielen de interne structuur van die sterren te kunnen blootleggen. Want eigenlijk weten we daar nog niet zo heel veel over. Met ons project hopen we een aantal parameters te kunnen bepalen die toch wel belangrijk zijn voor het functioneren van dergelijke massieve sterren, en die zelfs kosmologische implicaties hebben voor een aantal modellen over het ontstaan van het universum. Het is een heel boeiend en uitdagend project, we zijn er nu met een paar mensen hier op het instituut hard mee bezig.   

 

Om af te sluiten zou ik graag nog iets vernemen over LISA.

Wel, dat is ook een project waar we mee bezig zijn, een gravitatiegolfdetector die in 2034 zou gelanceerd worden. LISA staat voor Laser Interferometer Space Antenna en het is een ESA-project waar de NASA ook aan meewerkt.

Samen met onze collega’s hier in Leuven van ESAT, het departement elektrotechniek, ontwikkelen wij de chips voor de fotosensoren aan boord van de drie aparte ruimteschepen waaruit LISA zal bestaan. Daarmee kunnen we zorgen voor een perfecte en cruciale uitlijning tussen de testmassa’s aan boord van die drie satellieten.

De bouw van een Europese gravitatiegolfdetector die mogelijk in de grensregio van Nederland, België en Duitsland komt, hangt daarmee samen. Dat zou dan de Einstein Telescope worden. Daar is ons instituut ook betrokken bij het ontwerp van een aantal prototypes.

Zoals je merkt zijn er redelijk wat verschillende instrumentatieprojecten waar we bij betrokken zijn en waar we in ons instituut toch al wel heel wat expertise voor opgebouwd hebben.

 

LISA_1.jpg

 

 

Die gravitatiegolven zijn toch wel de nieuwe heilige graal aan het worden voor het kosmologisch onderzoek?

Niet alleen voor kosmologie, hoor. Er verscheen onlangs een paper die beschreef hoe men op basis van LISA-waarnemingen zelfs aan statistisch relevante gegevens zou kunnen komen over de aanwezigheid van exoplaneten. Je gaat natuurlijk geen individuele exoplaneet zien, maar het gedetecteerde ruisniveau zou ons iets kunnen vertellen over de statistieken voor bruine dwergen en ook exoplaneten.

Hier op ons departement zijn we er in eerste instantie natuurlijk vanuit kosmologisch perspectief in geïnteresseerd. Thomas Hertog is de Belgische hoofdonderzoeker van de LISA-missie, alles wat ik voor LISA doe, is in samenspraak  met Thomas. En zijn interesse als theoretisch natuurkundige en kosmoloog is natuurlijk vooral de kosmologische horizon. Maar hier op ons instituut zijn we ook bezig met onderzoek van massieve binaire sterren, en daarvoor zullen LISA en de Einstein Telescope ongetwijfeld ook veel nuttige data opleveren.

De studie van gravitatiegolven is eigenlijk een nieuw golflengtedomein dat opengaat. Dat is natuurlijk heel interessant, maar ook enorm complex. Bij LISA vliegen de drie satelliettelescopen in een driehoeksformatie, waarbij ze zich op 2,5 miljoen kilometer van elkaar bevinden. De onderlinge afstand tot elkaar worden bepaald met een lasermetrologiesysteem: je schiet een laser af vanuit een telescoop naar een andere die hem opvangt, maar je stuurt vanuit diezelfde telescoop ook een lasersignaal terug. Om dit te kunnen realiseren moeten je drie ruimtetelescopen super stabiel zijn, het gaat immers over metingen op subatomair niveau. Bovendien moet de telescoop het lasersignaal op 2,5 miljoen kilometer detecteren terwijl er tezelfdertijd een gelijkaardige laserstraal binnenvalt in het instrument, dat is alsof je zou proberen door je telescoop een neveltje waar te nemen terwijl je er op het zelfde moment met je zaklamp inschijnt, dat gaat ook niet zo heel goed werken. Dus de vereisten bij LISA op het gebied van het vermijden van strooilicht zijn extreem streng. Het is de bedoeling met de gravitatiegolfdetector veranderingen in het ruimteweefsel te detecteren in de grootteorde van subatomair niveau. Maar om het allemaal nog complexer te maken ondergaat de afstand tussen de ruimteschepen ten gevolge van de aantrekkingskracht van de planeten in het zonnestelsel ook nog eens een versnelling tot vijf meter per seconde, probeer dan maar eens rekening houdend met de veranderlijke snelheden van de drie satellieten die ongelooflijk kleine rimpelingen in de ruimtetijd te meten.

In elk van die drie ruimteschepen bevindt zich een goudklompje dat vrij zweeft, of beter: het ruimteschip zweeft er eigenlijk rond. Je moet dan wel kunnen garanderen dat de positie van dat klompje niet verstoord wordt, dus dat er bijvoorbeeld geen elektromagnetische krachten op uitgeoefend worden. Maar als je geen maatregelen neemt, zal dat klompje na verloop van tijd toch geladen raken door invallende kosmische deeltjes en dergelijke. Daarom voorzien we een systeem met uv-leds die het blokje bestralen om elektronen met een hoger energieniveau te genereren, waardoor ongewenste elektronen geëlimineerd worden en het goudklompje neutraal blijft.

 Het is ook een ingewikkelde klus om dat klompje tijdens de lancering bevestigd te houden en het nadien op de juiste manier los te laten zodat het niet afdrijft en meteen tegen een van de wanden terecht komt. In dat ruimteschip zitten daarom domme blokken massa om ervoor te zorgen dat het lokale gravitatieveld rond die testmassa neutraal is. Als op een bepaalde positie een elektronicabox zit die iets minder weegt dan een box aan de andere kant, moeten ze aan de ene kant wat extra massa bijsteken om de gravitatie neutraal te maken. En dit zijn maar enkele voorbeelden, zo zijn er duizenden parameters waar rekening mee moet gehouden worden. Het zijn bij LISA allemaal uiterst gevoelige systemen, waardoor het een ongezien complex project is.      

 

Van een uitdaging gesproken!

Zeker weten, maar we hebben nog even tijd tot 2034. Intussen zullen we er wel in slagen om het vele werk en de vele uitdagingen waar we nog voor staan tot een goed einde te brengen.

Zo, dat was een kort overzicht van een aantal projecten waar ik mee bezig ben. Je ziet, het kan altijd nuttig zijn om op een volkssterrenwacht een jeugdcursus sterrenkunde te gaan volgen. Voor je het weet sta je oog in oog met ruimtetuigen in opbouw en ben je bezig met het bedenken en uitwerken van oplossingen voor allerlei boeiende uitdagingen.

 

Bedankt voor je enthousiaste en verhelderende uitleg, Bart, en veel succes met de vele projecten, wij volgen het met heel veel belangstelling!

 

Tekst: Francis Meeus, 31/03/2020