eLISA zal het eerste observatorium in de ruimte zijn dat de gravitationele onderbouwing van het universum onderzoekt, als aanvulling op onze kennis over het begin van het heelal, evolutie en structuur. Max-Planck-Institut fr Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)/YouTube

Misschien herinner je je dat in februari, een consortium van meer dan 1, 000 wetenschappers uit verschillende landen kondigden aan dat ze eindelijk het eerste tastbare bewijs van het bestaan ​​van zwaartekrachtsgolven hadden gezien. De golven, ongeveer een eeuw geleden voor het eerst voorspeld door Albert Einstein, zijn in feite rimpelingen in het weefsel van ruimte-tijd die worden veroorzaakt door de versnelling van echt massieve objecten zoals zwarte gaten.

Het spotten van zwaartekrachtsgolven vanaf het uitkijkpunt van het aardoppervlak was een moeilijke prestatie voor het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) laboratorium, die ongeveer 15 jaar inspanning en $ 620 miljoen kostte om zijn prestatie te volbrengen. Daarbij moesten laserstralen door paren van 2,5 mijl lange (4 kilometer lange) tunnels worden geschoten en deze tegen spiegels worden weerkaatst, en vervolgens op zoek naar subtiele veranderingen die worden veroorzaakt wanneer een zwaartekrachtgolf de tunnels enigszins vervormt.

Dat was allemaal nodig omdat het aardoppervlak gevuld is met ruis waardoor het moeilijk is om de signalen van de golven te herkennen - het zou een stuk gemakkelijker zijn om zwaartekrachtsgolven te bestuderen vanuit de relatieve stilte van de ruimte. Dat is de reden waarom de European Space Agency (ESA) heeft voorgesteld eLISA in te zetten, een constellatie van verafgelegen orbitale satellieten die met elkaar zouden communiceren via lasers, in het midden van de jaren 2030. Zo'n observatorium zou de kosmos kunnen scannen en niet alleen zwaartekrachtgolven kunnen spotten, maar meet ze met aanzienlijk meer precisie dan we hier op de grond kunnen doen. Als een stap in de richting van dat doel, in december 2015, ESA lanceerde de LISA Pathfinder, een satelliet op kleinere schaal die is ontworpen om de technologie te testen en te demonstreren die ze ooit in het eLISA-project willen gebruiken.

Op dinsdagochtend, Wetenschappers van ESA hebben aangekondigd dat een belangrijk onderdeel van het toekomstige observatorium aan boord van LISA Pathfinder - een kubus van 2 kilogram van een zeer zuivere goud-platinalegering - een reeks belangrijke tests heeft doorstaan. Een vandaag gepubliceerd artikel in Physical Review Letters laat zien dat bovendien, de kubus kwam het dichtst in de buurt van een door de mens gemaakt object ooit om een ​​echte vrije val te bereiken - dat wil zeggen, door de ruimte bewegen zonder enige andere kracht dan de zwaartekracht.

Een artistieke weergave van de LISA Pathfinder in een baan om de aarde. ESA/Getty Images

Dat is cruciaal, omdat eLISA ooit zal afhangen van zulke wrijvingsloze kubussen, geplaatst op een drietal satellieten in een driehoekige configuratie in de ruimte, alles over 620, 000 mijl (998, 000 kilometer) van elkaar verwijderd. De instrumenten zullen ongelooflijk kleine veranderingen in de afstand tussen de kubussen detecteren, veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven. Maar om dat te doen, de satellieten zullen andere effecten moeten blokkeren die het signaal van de zwaartekrachtsgolven zouden overstemmen.

Testmassa's gesneden uit blokken van een zeer zuivere goud-platinalegering vliegen aan boord van het LISA Pathfinder-ruimtevaartuig. ESA/CGS SpA

"Elk geluid in het systeem - druk gecreëerd door zonnestraling, thermisch, magnetische en zwaartekrachtseffecten — kunnen de zwaartekrachtsgolf verstoren, " ESA-projectwetenschapper Paul McNamara legde vorige week uit via een Skype-gesprek.

Om die effecten uit te filteren, LISA Pathfinder test een beschermend systeem van stuwraketten, ontworpen om het ruimtevaartuig zo af te stellen dat dergelijke factoren worden gecompenseerd.

McNamara zegt dat LISA Pathfinder een enorm verkleinde versie van eLISA bevat, waarin kubussen op slechts enkele centimeters van elkaar zijn geplaatst, in plaats van honderdduizenden kilometers van elkaar verwijderd. Hoe dan ook, de testresultaten geven hem het vertrouwen dat de volledige technologie net zo goed zou werken.

"Het enige dat we missen zijn de twee watt licht van de laser [tussen hen], "zegt hij. "Dat kunnen we op de grond testen. Het deel dat we hebben bereikt, is iets dat je alleen in de ruimte kunt testen."

Het gebruik van interferometrie om afstanden in de ruimte nauwkeurig te meten is geen nieuw concept. McNamara merkt op. Hij noemde het voorbeeld van NASA's GRACE-missie, gelanceerd in 2002, gebruikt microgolven om variaties in de afstand te meten tussen een paar satellieten die ongeveer 137 mijl van elkaar in een baan om de aarde zijn geplaatst.

Dat is nu fascinerend

De testkubussen in LISA Pathfinder hebben een verschil in relatieve versnelling van minder dan 10 miljoenste van een miljardste van de zwaartekrachtversnelling van de aarde. Hier is een gemakkelijkere manier om dat te begrijpen - het is het equivalent, ongeveer, van het gewicht van een enkel virus.