Telescopen voor jacht op bron zwaartekrachtgolven in Groningen gebouwd

In de werkplaats van SRON Groningen hebben wetenschappers en technici drie telescopen in elkaar gezet die gaan zoeken naar de optische tegenhanger van de bron van zwaartekrachtgolven. De telescopen zullen vanuit Chili de hemel in de gaten houden, om de korte lichtflits te vinden die ontstaat door het samensmelten van zwarte gaten of neutronensterren.

Het lijkt een beetje op het in elkaar zetten van een hightech IKEA aankoop. In drie kratten zijn de onderdelen van drie 60-centimeter telescopen in de herfst van 2018 afgeleverd in Groningen. ‘Ze zijn ontworpen door de Radboud Universiteit Nijmegen en Astron’, legt Joost Adema, projectmanager bij de RUG, uit. De telescopen zouden eigenlijk bij Astron in Dwingeloo worden afgebouwd, maar er was daar niet genoeg ruimte en menskracht. ‘Dus boden wij hulp aan’, zegt Adema.

Eenmaal gereed zullen de zogeheten BlacGEM telescopen verzonden worden naar La Paranal in Chili, een locatie van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). Daar zullen ze miljoenen sterren in de gaten houden, wachtend op het verschijnen van een nieuw lichtvlekje. Hun doel is om het nagloeien te zien dat ontstaat tijdens processen die zwaartekrachtgolven produceren. Zwaartekrachtgolven worden gemeten door de Amerikaanse LIGO en de Europese VIRGO detectoren, die er inmiddels zeven hebben ontdekt. Het zijn rimpelingen van de ruimte, veroorzaakt door gebeurtenissen die enorme zwaartekracht effecten veroorzaken, zoals de fusie van twee zwarte gaten of neutronensterren.

Geluk

‘Door de twee detectoren te combineren kun je grofweg schatten waar de bron van de zwaartekrachtgolven ligt’, legt Adema uit. De drie BlackGEM telescopen moeten vervolgens licht opvangen dat is uitgezonden tijdens de fusie, waarna grotere telescopen die bron kunnen bestuderen in het hele elektromagnetische spectrum.

‘Met wat geluk hebben sterrenkundigen al een optische tegenhanger gevonden van de derde geregistreerde zwaartekrachtgolf van 17 augustus 2017’, vertelt Adema. Dit ging om een fusie van twee neutronensterren, die een zogeheten ‘kilo nova’ veroorzaakt. Dit proces werd gezien als de bron voor allerlei zware elementen. En inderdaad, in de nagloed van de kilonova was de aanwezigheid van goud en platina te zien, wat de al lang bestaande hypothese over de oorsprong van zware elementen bevestigde.

BlackGEM moet astronomen helpen meer van dit soort gebeurtenissen te zien. De telescopen zullen de hemel regelmatig scannen, zoekend naar veranderingen. Dit gebeurt met vrij eenvoudige 60-centimeter spiegeltelescopen, uitgerust met geavanceerde optische trucjes die scherpe beelden opleveren. De chip die het licht opvangt is met 10.500 bij 10.500 pixels ook nogal groot. ‘Zowel de ESA als de NASA hebben al belangstelling getoond voor deze telescopen, omdat ze mogelijk ook bruikbaar zijn voor het in kaart brengen van ruimteafval rond de aarde’, zegt Adema. Er draaien heel wat stukken en brokken van raketten en satellieten in den baan om de aarde, die een gevaar kunnen vormen voor ruimtemissies.

Problemen

De telescopen komen op zeven meter hoge palen te staan en werken volautomatisch. De spiegels hebben een speciale coating gekregen die ze stabiel en schoon moeten houden. Deze is ontwikkeld door het Nederlandse TNO. ‘Zonder die coating zou je de spiegels regelmatig moeten afstoffen.’ Drie telescopen is niet veel om de hele hemel in de gaten te houden. ‘Het oorspronkelijke plan voorzag in vijftien telescopen, maar daar bleek geen financiering voor te krijgen.’ Per stuk kosten de instrumenten zo’n 750.000 euro.

De afgelopen maanden heeft Mariëlle Bekema, technisch medewerker van SRON, het grootste deel van de assemblage verzorgd en ook de gebruikte procedures vastgelegd. Maar net als bij het monteren van een IKEA kast kwam zij in dit project wat problemen tegen. Alle gaten voor de montage waren bijvoorbeeld al geboord – maar soms net niet op de goede plek. ‘Daarnaast moesten we ook de elektronica in elkaar zetten’, vertelt Bekema. ‘Maar één motortje ontbrak, dus toen moesten we daar op wachten.’

Een cruciale stap was de optische test, om te zien of het optische systeem goed uitgelijnd is. Dit gebeurde door de telescoop via een grote deur het lab uit te rijden, naar een smalle strook tussen het gebouw en de tamelijk drukke hoek van de Zernikelaan en het Zernike Plein. Bussen komen daar recht op je af, om dan linksaf te slaan. Maar vanaf deze plek is de Poolster zichtbaar, die is gebruikt om het optische systeem te testen.

De eerste twee telescopen haalden de test zonder probleem. Maar de derde zakte: er was iets mis met de optica. Met hulp van Rik ter Horst, die werkt bij de Optische en Infrarood groep van de Nederlandse onderzoekschool voor sterrenkunde NOVA in Dwingeloo, werd vastgesteld dat er een minieme fout zat in de spiegel: een plekje waar de vorm een paar honderd nanometers afweek. De spiegel had teruggestuurd kunnen worden naar de slijper, maar Ter Horst –zelf een zeer ervaren slijper en polijster van optische instrumenten – besloot de spiegel een beetje te vervormen om zo het beeld te corrigeren. Dit voorkwam weken en misschien wel maanden vertraging in het project.

Goud

Dankzij de gecombineerde vaardigheid en kennis in techniek en optica van SRON Ruimteonderzoek, het Kapteyn Instituut van de RUG en NOVA konden de telescopen eind februari naar Chili worden verzonden. Het duurt nog wel even voordat ze daar operationeel zijn. ‘Liefst zouden we ze klaar willen hebben voordat LIGO aan een nieuwe observatieperiode begint, over een paar weken’, zegt Adema. De BlackGEM telescopen zullen vermoedelijk iets later geïnstalleerd zijn, maar de verwachting is dat ze in april klaar zijn voor de jacht op nieuw gevormd goud.