Een Nederlands consortium onder leiding van SRON heeft een NWO-subsidie van twaalf miljoen Euro ontvangen die het mogelijk maakt om een belangrijke partner te worden binnen ESA/NASA’s LISA-missie, de eerste ruimtedetector voor zwaartekrachtsgolven. Hiermee sorteert Nederland ook voor op haar rol in LISA’s aardse neefje—de Einstein Telescoop. 
LISA
De Laser Interferometer Space Antenna (LISA) bestaat uit drie ruimtevaartuigen die vanaf 2035 achter de Aarde aan rond de Zon zullen vliegen. Door continu hun onderlinge afstanden te meten met laserstralen detecteren ze zwaartekrachtsgolven uit het heelal. In de ruimte kan LISA haar armen uitstrekken tot 2,5 miljoen kilometer, waarmee ze langere golflengtes waarneemt dan gronddetectoren.
Daarmee kunnen we voor het eerst ‘luisteren’ naar bijvoorbeeld de oerknal of baby-zwarte gaten uit het vroege heelal. Of naar de chaotische paden die sterren bewandelen als ze worden opgeslokt in de complexe geometrie rond een superzwaar zwart gat, als een praktijkexamen van Einsteins Algemene Relativiteitstheorie.
Nederlandse bijdrage
Als consortiumleider gaat SRON samen met Nikhef, Radboud, Universiteit Leiden, UvA, Universiteit Utrecht, TNO, Universiteit Maastricht en RUG bouwen aan de fotodiodes (LISA’s ‘ogen’), software, het richtmechanisme en de bijbehorende uitleeselektronica.
Dat richten luistert buitengewoon nauw omdat elke laser een lens moet raken op 2,5 miljoen kilometer afstand. Licht doet daar acht seconden over. Ter vergelijking: als er een dubbeltje van de Eiffeltoren valt, moet een laser vanuit Nederland precies op die plek richten waar dat dubbeltje over acht seconden zal zijn.
De fotodiodes hebben het niet veel gemakkelijker. Zij moeten de laserstralen detecteren van oorspronkelijk 1 Watt, zoals een tafellamp, maar die na hun reis zijn afgezwakt tot 250 picoWatt, dus ruim een miljard keer zwakker.
Ook de ontwikkeling van de software is een kunststukje op zichzelf. Die moet onderscheid maken tussen de veelvoud aan zwaartekrachtsgolven vanuit alle mogelijke richtingen die de ruimtevaartuigen continu aan het trillen brengen op verschillende frequenties en amplitudes.
Nederlands belang
‘Een Nederlandse bijdrage aan LISA is van groot belang,’ zegt Gijs Nelemans, een van de leiders van het LISA-NL consortium. ‘Nederlandse wetenschappers bouwen er unieke expertise mee op, en de toegang tot alle data geeft ons een voorsprong op de enige toegangsweg naar een geheel nieuw vakgebied.’
De betrokken instituten bouwen kennis en kunde op bij de ontwikkeling van dit soort nauwkeurige technieken, zoals mechatronica, halfgeleidertechnologie en ruisarme elektronica. Daarmee onderbouwen ze hun kandidatuur om de Einstein Telescoop te bouwen samen met Duitse en Belgische partners, in de grensregio van Nederland met België en Duitsland.
——————————————
Header image: Credit: NASA/JPL-Caltech/NASAEA/ESA/CXC/STScl/GSFCSVS/S.Barke (CC BY 4.0)
NWO kent de subsidie van twaalf miljoen Euro toe in het kader van de Nationale Roadmap Grootschalige Wetenschappelijke Infrastructuur. In deze ronde zijn negen voorstellen goedgekeurd.
LISA is een missie waarvan de ontwikkeling door ESA geleid wordt en waarin NASA en een aantal ESA-lidstaten deelnemen. Zie:
https://www.lisamission.org/
https://lisa-nl.nl/
De Einstein Telescooop wordt een zwaartekrachtdetector op aarde, waarvoor Nederland, België en Duitsland zich samen kandidaat stellen met een voorstel om hem te bouwen in het grensgebied rond Zuid-Limburg.
Green light for Dutch contribution to LISA
A Dutch consortium led by SRON has received an NWO grant of twelve million Euro, making The Netherlands an important partner within ESA/NASA’s LISA mission—the first space detector for gravitational waves. It also prepares The Netherlands for its role within LISA’s terrestrial cousin—the Einstein Telescope.
LISA
The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) consists of three spacecraft that will be orbiting the Sun, trailing behind Earth, from 2035 onwards. By continuously measuring their mutual distances using laser beams, they detect gravitational waves from the Universe. In space, LISA is able to stretch her arms to 2,5 kilometers, making her susceptible to longer wavelengths than ground-based detectors.
It allows us to ‘listen’ for the first time to for example the Big Bang or baby black holes from the early Universe. Or to the chaotic orbits of stars as they are being engulfed in the complex geometry around a supermassive black hole, as a practical exam for Einstein’s general theory of relativity.
Dutch contribution
As consortium leader, SRON Netherlands Institute for Space Research will, together with Nikhef, Radboud, Leiden University, UvA, Utrecht University, TNO, Maastricht University and RUG, build the photodiodes (LISA’s ‘eyes’), software, pointing mechanism and corresponding readout electronics.
In this case pointing is an extreme sport, because each laser needs to hit a lens at 2.5 million kilometers distance, which takes light eight seconds. For comparison: if a dime falls down from the Eiffel Tower, a laser beam from The Netherlands must aim exactly at the spot where that dime will be in eight seconds.
For the photodiodes things are not much easier. They must detect the laser beams of originally 1 Watt, like a table lamp. But after their journey those will have been reduced to 250 picoWatt, more than a billion times weaker than said lamp.
The development of the software is more complex compared to conventional telescopes. It has to distinguish between the multitude of gravitational waves from all possible directions that continuously vibrate the spacecraft at different frequencies and amplitudes.
Dutch interest
‘A Dutch contribution to LISA is of great importance for The Netherlands,’ says Gijs Nelemans, one of the leaders of the LISA-NL consortium. ‘Dutch scientists build up unique expertise, and access to all data gives us a head start on the only entrance route to an entirely new field.’
The institutes involved build up knowledge and skills in the development of this type of precision technology, such as mechatronics, semiconductor technology and low-noise electronics. This underlines their candidacy to build the Einstein Telescope together with German and Belgian partners, in the border region of The Netherlands with Belgium and Germany.
—————————————–
Header image: Credit: NASA/JPL-Caltech/NASAEA/ESA/CXC/STScl/GSFCSVS/S.Barke (CC BY 4.0)
NWO has awarded the twelve million euro grant as part of the call for National Roadmap consortia Large-Scale Research Infrastructures. Nine proposals were approved in this round.
The development of the LISA mission is led by ESA. NASA and a number of ESA Member States also participate. See:
https://www.lisamission.org/
https://lisa-nl.nl/
The Einstein Telescope will be a ground-based gravitational wave detector. The Netherlands, Belgium and Germany are joint candidates with a proposal to build it underneath border area around Zuid-Limburg.