Einstein Telescoop

Game Changer 1: Einstein Telescoop

In 2015 werden voor het eerst trillingen van de ruimtetijd waargenomen, ook wel zwaartekrachtsgolven genoemd. Einstein had deze golven al decennia eerder puur theoretisch op papier uitgewerkt, maar het duurde even voor het technologisch mogelijk was om ze ook echt te meten. Deze zwaartekrachtsgolven laten ons nu op een geheel nieuwe en veelbelovende manier naar het heelal kijken en vereisen een groei aan wetenschappers en technologie binnen dit relatief jonge vakgebied.

De Einstein Telescope
De Einstein Telescope (ET) wordt een geavanceerd observatorium voor zwaartekrachtsgolven. De grensregio rond Zuid-Limburg is in beeld als locatie, vanwege de rust, de stabiele bodem en het sterke ecosysteem van kennisinstellingen en hightech bedrijven. Komt dit centrum voor onderzoek naar het verre heelal in Zuid-Limburg te staan? Onderzoekers, bedrijven en overheden in Nederland, België en Duitsland verkennen samen de mogelijkheden.

Zwaartekrachtsgolven: een nieuw venster op het heelal
Regelmatig vinden in het heelal extreme gebeurtenissen plaats, bijvoorbeeld de botsing van twee zwarte gaten of neutronensterren. Als dat gebeurt dan ontstaat er een hele kleine rimpeling in de ruimtetijd: een zwaartekrachtsgolf. Op 14 september 2015 zijn zwaartekrachtsgolven voor het eerst waargenomen. Voor die tijd konden natuur- en sterrenkundigen het heelal alleen bestuderen door naar radiogolven, licht of straling te kijken. Maar vanaf dit moment hadden ze een hele nieuwe manier om het heelal te onderzoeken. Met zwaartekrachtsgolven kunnen ze namelijk ook ‘voelen’ wat er gebeurt. Dit kan tot nieuwe ontdekkingen leiden , bijvoorbeeld over de aard van zwarte gaten of zelfs over wat er gebeurde nét na de oerknal. Een nieuw tijdperk in de natuur- en sterrenkunde is begonnen.

Een extreem nauwkeurig ondergronds observatorium: de Einstein Telescope
Dit nieuwe onderzoeksgebied vraagt om een nieuwe meetfaciliteit die extreem nauwkeurig is. Er zijn al detectoren in Italië en de Verenigde Staten. Maar die zijn niet in staat om signalen op te pikken die te zwak zijn, of te ver weg. Daarom hebben wetenschappers een nieuw instrument ontworpen: de Einstein Telescope. Dit observatorium kan minstens tien keer nauwkeuriger meten dan bestaande detectoren. Ook kan het een duizend maal groter volume van het heelal aftasten op zoek naar zwaartekrachtsgolven.
Het ontwerp bestaat uit een driehoek van kilometerslange detectorgangen, circa 200-300 meter onder de grond. In deze gangen kaatsen laserbundels heen en weer door middel van spiegels. Ze doven elkaar precies uit, behalve als er een zwaartekrachtsgolf langskomt en de detectorgangen tijdelijk uitrekken en inkrimpen. De lichtpiek die dan ontstaat is de vingerafdruk van een zwaartekrachtsgolf en bevat informatie over de bron van het signaal.
Einstein Telescope is heel gevoelig. De detector kan afstandsverschillen meten die duizend keer kleiner zijn dan protonen in een atoomkern. Trillingen en ruis uit de omgeving worden weg gefilterd door een vacuüm en speciaal ontworpen traagheidsdempers. Deze techniek is stil, veilig en schoon. Het doet niets anders dan bestaande natuurverschijnselen (zwaartekrachtsgolven) in stilte waarnemen en registreren.

Zuid-Limburg: de Nederlandse troef
Een Einstein Telescope kan niet zomaar overal gevestigd worden. Er is een stabiele bodem nodig met weinig verstoring van de omgeving. En ook een netwerk van kennisinstellingen om mee samen te werken, bedrijven die hoogstaande techniek kunnen leveren, en een prettige, bereikbare woon- en werkomgeving. In de grensregio van Zuid-Limburg (de Euregio Maas-Rijn) komen al die succesfactoren samen. Er is een harde ondergrond met een zachte dempende toplaag, waardoor Einstein Telescope naar verwachting weinig last heeft van trillingen. De grensregio lig in het hart van de high-tech regio Leuven-Aken-Eindhoven, met veel kennisinstellingen en technologiebedrijven. Er zijn goede voorzieningen, en tegelijkertijd is het landschap zelf rustig, met weinig verstoring door spoorlijnen, zware industrie en windmolens. Kortom: een gouden combinatie.

Een kans voor Nederland
Een studie uit 2018 heeft in kaart gebracht wat de mogelijke impact is van Einstein Telescope in de Euregio. Naar verwachting zijn de voordelen van het huisvesten van Einstein Telescope groot. Zo versterkt het de positie van Nederland in het internationale wetenschapsveld, en verbetert het de samenwerking tussen kennisinstellingen en bedrijven in Nederland, België en Duitsland. Daarnaast zien we dat de mogelijke komst van Einstein Telescope nu al wetenschappelijk talent en studenten aantrekt. Maar niet onbelangrijk: het levert naar verwachting ook opdrachten voor de industrie, en meer dan 1500 banen. Investeren in Einstein Telescope lijkt dus absoluut de moeite waard.

Organisatie en tijdlijn
Op dit moment onderzoeken Nederland, België en Duitsland of ze samen de Einstein Telescope naar de grensregio kunnen halen. Daar zijn veel universiteiten, instituten, bedrijven en overheden bij betrokken. In Nederland wordt de kar getrokken door het onderzoeksinstituut Nikhef, de provincie Limburg, het ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap en NWO. Ze onderzoeken de geschiktheid van de ondergrond, het netwerk van geïnteresseerde bedrijven en kennispartners, en de verwachte opbrengst. Uiteindelijk zullen de kabinetten van de drie landen besluiten of ze zich kandidaat stellen. Op dit moment is ook Sardinië in de race als mogelijke locatie. Naar verwachting maken geïnteresseerde landen in Europa hun kandidatuur bekend in 2022.

Uitmuntende reputatie
De uitmuntende reputatie van Nederland op het terrein van NWA route 5 trekt de knapste koppen ter wereld aan, van experimentele en theoretische natuurkunde, sterrenkunde, wiskunde en computing, en andere gebieden. Vergelijkbaar met de rol van ESA/ESTeC in Noordwijk zal de Einstein Telescoop een tweede internationale onderzoeksinstelling in Nederland zijn met een rol voor Nederland die vergelijkbaar is met die van CERN voor Zwitserland, ESRF en ITER voor Frankrijk, ESO, EMBL en XFEL voor Duitsland en ESS voor Zweden. Bijzonder is dat Zuid Limburg een geschikte locatie is om de faciliteit te huisvesten en met een investering van rond de 300 MEuro deze faciliteit in Nederland gerealiseerd kan worden (naast aanzienlijke internationale investeringen). Deze nieuwe faciliteit staat in de ApPEC roadmap gepland voor 2030 en zal Europa naar de voorhoede van onze zoektocht naar de geschiedenis en de toekomst van het heelal brengen.
De Einstein Telescoop zal bestaan uit drie cryogene interferometers met een armlengte van 10 km, die in de Limburgse ondergrond (op ongeveer 200 m diepte) worden geplaatst om seismische ruis te onderdrukken. Het instrument kan relatieve lengteveranderingen meten van een haardikte ten opzichte van de grootte van de Melkweg (10-25) en is gevoelig voor frequenties tussen 1 Hz en 10 kHz. De Einstein Telescoop kan zo honderdduizenden bronnen per jaar waarnemen en biedt ongekende mogelijkheden voor het verrichten van precisiemetingen in het regime van sterke en dynamische zwaartekrachtvelden. Hierdoor kunnen we op geheel nieuwe wijze het heelal in kaart brengen, krijgen we toegang tot een energieschaal die vele malen hoger is dan die met deeltjesversnellers, en kunnen we onze theorieën van zwaartekracht testen in gebieden met ultieme gravitatie.

Meer weten?
Wil je meer weten over de Einstein Telescope, of op de hoogte blijven van ontwikkelingen? Ga dan naar einsteintelescope.nl.


Concept van de Einstein Telescoop. Drie interferometers in een driehoekige configuratie met 10 km armen elk zijn ondergronds gehuisvest om seismische verstoringen te onderdrukken. Optische onderdelen worden in een ultrahoog vacuüm en cryogene omgeving geplaatst.