VUB-wetenschappers maken extreem zuivere spiegels voor de Europese Einstein Telescoop

De Einstein Telescoop, een gelijkzijdige driehoek met buizen van 80 centimeter diameter en een lengte van tien kilometer, wordt binnen afzienbare tijd ingegraven, ergens in Europa.

De telescoop heeft weinig vandoen met het klassieke instrument om de sterren te bekijken: de Einstein Telescoop moet dienen om zwaartekrachtgolven te detecteren.

De nieuwe telescoop moet preciezer en gevoeliger worden dan zijn twee al bestaande voorgangers in de Verenigde Staten (LIGO) en in Italië (VIRGO) en moet ook de zwaartekrachtgolven als resultaat van ’lichtere’ events in de kosmos kunnen opvangen.

Enkele precisie-onderdelen van de Einstein Telescoop worden op de Photonics Campus van de VUB in Gooik gemaakt.

De telescoop bestaat eigenlijk uit drie interferometers, die de kleinste schommelingen in de gravitatiegolven die door het heelal reizen kunnen voelen. Ze werken met licht en geven enkel een signaal van zodra er een miniem lengteverschil optreedt in de buizen van de interferometer-telescoop.

“Normaal is er geen signaal en is er ook niets te zien op de meetapparatuur”, zegt professor Michaël Vervaeke van de onderzoeksgroep B-PHOT van de VUB. ”Op de hoekpunten waar de buizen samenkomen en waar het licht in de verschillende buizen met elkaar kan interfereren, ontstaat pas een signaal onder de vorm van een lichtring op het ogenblik dat er minuscule veranderingen optreden in de lengte van het buizensysteem. De meetapparatuur zal verschillen kunnen meten van 10^-18 meter en nog beter, afmetingen op atomaire schaal.”

Die kleine lengteverschillen worden veroorzaakt door zwaartekrachtgolven, waarvan we weten dat ze het licht kunnen doen afwijken van zijn baan. “Ze zijn het gevolg van kosmische events, die zich ergens ver in de ruimte afspelen, zoals het botsen van zwarte gaten of van sterren”, weet Vervaeke.

“Het is nog niet lang geleden dat de eerste zwaartekrachtgolf werd gedetecteerd. Tegenwoordig vinden we er toch minstens eentje elke week. We vermoeden dat er nog veel meer zijn en dat ze ook het gevolg kunnen zijn van veel lichtere en kleinere incidenten in de ruimte, maar dat we die gewoon niet registreren. We hopen dat dat met de Einstein Telescoop wel zal lukken.”

Het is belangrijk dat de onderdelen van de Einstein Telescoop heel nauwkeurig gemaakt worden. Ze moeten aan bijna onmogelijke standaarden voldoen. “In Maastricht zijn ze bezig met de productie van een laser-lichtbron met een heel stabiele golflengte van 1550 nanometer”, zegt Vervaeke.

“Tegelijk wordt er in Aken in Duitsland gewerkt aan een stabiele lichtbron voor licht met een golflengte van 2090 nanometer. Wij van de VUB-onderzoeksgroep B-PHOT werken op onze campus in Gooik aan de input mode cleaners, de instrumenten om die laserbronnen extreem te stabiliseren en te filteren, zodat er exact 1 mode bij een heel gekende frequentie uitgezonden wordt. We werken ook aan de spiegels voor het prototype en zullen meewerken aan de spiegels voor de uiteindelijke telescoop.

Die van het prototype zullen een diameter hebben van 15 centimeter en een dikte van 8 centimeter. Ze worden vervaardigd in extreem zuiver monokristallijn silicium. Die zuiverheid moet bewaard blijven tijdens al de bewerkingsstappen, van ruwe siliciumingot tot de ultraprecieze spiegel, die hele grote vermogens van enkele megawatts zal moeten weerkaatsen.”

De finale versie van die spiegels zal een diameter hebben van 55 centimeter en een gewicht van om en bij de 300 kilogram. De spiegels moeten zo zuiver zijn en blijven omdat ze dan zo weinig mogelijk licht absorberen.

Bij absorptie wordt licht immers omgezet in warmte en de Einstein Telescoop moet een werkingstemperatuur kunnen aanhouden van 15 graden Kelvin, dat is vijftien graden boven de laagst mogelijke temperatuur. “Elke verstoring, elke minieme opwarming, en zelfs de Brownse beweging van de atomen in het silicum, kan voor een verslechtering van de signaal-ruisverhouding zorgen”, aldus Vervaeke.

Over de locatie van de nieuwe telescoop bestaat nog geen zekerheid. Er zijn op dit ogenblik nog drie mogelijke locaties, een in de buurt van het drielandenpunt van de Euregio Rijn-Maas bij de Belgisch-Nederlands-Duitse grens, eentje op het eiland Sardinië, en mogelijks eentje in Saksen, Duitsland. “Voorwaarde is een stabiele ondergrond met weinig seismische activiteit”, zegt Vervaeke.

“De vacuümbuizen, die tot een soort van driehoekig CERN moeten leiden, moeten diep onder de grond worden ingegraven om seismische ruis van de golfslag van de zee niet te horen en geen last te hebben van alle mogelijke menselijke activiteiten.

Op de plaatsen waar de buizen van de immense driehoek samenkomen, worden ondergrondse ruimten gebouwd met de allures van kathedralen om de meetapparatuur te huisvesten. Het zijn dus ingrijpende ondergrondse bouwwerken. De beslissing over de locatie wordt pas verwacht in 2025.”

Gisteren nog bracht Vlaams minister van Economie, Innovatie, Werk, Sociale economie en Landbouw Jo Brouns nog een bezoek aan de campus in Gooik, onder andere om zich te laten informeren over de stand van zaken van dit voor Vlaanderen erg belangrijke project.

Willy Ysewijn, NNieuws - Bron VUB.