Kan Belgische telescoop Einstein van zijn troon stoten?
Al sinds de tijd van de oude Grieken probeerde de mens het universum te begrijpen. Een van de belangrijkste mijlpalen in de astronomie hebben we te danken aan Albert Einstein na de ontdekking van de algemene relativiteitstheorie al meer dan honderd jaar geleden. Tot op dit punt heeft deze theorie elke beproeving met glans doorstaan, maar een nieuwe Belgische telescoop zou hier wel eens verandering in kunnen brengen. Volgens Marco Vanderpoorten, student fysica aan de Universiteit Gent, onderzocht de mogelijkheden van deze telescoop, de Einstein Telescoop.
Trillingen in het ruimteweefsel
In het begin van de twintigste eeuw kwam Einstein op de proppen met de algemene relativiteitstheorie. De theorie leert ons dat we het universum niet moeten bekijken als een grote leegte met sterren en planeten erin, maar als een weefsel dat uitgerekt en vervormd kan worden. Dit kan vergeleken worden met een gespannen tafellaken waarop een bowlingbal gelegd wordt. Het tafellaken is dan niet meer strak gespannen maar wordt vervormd. Einstein stelde ook dat op dit weefsel golven zich kunnen voortplanten. Dit werd bewezen toen deze zwaartekrachtsgolven enkele jaren geleden rechtstreeks werden waargenomen en een revolutie in de sterrenkunde veroorzaakte.
Waar komen de golven vandaan?
In theorie kan elke massa in het universum zwaartekrachtsgolven opwekken. In de praktijk zijn de sterktes van deze golven zo klein dat alleen deze te zien zijn uit de meest weergaloze explosies in het universum. Denk hierbij aan de samensmelting van twee zwarte gaten, de Big Bang of een supernova explosie, de explosie op het moment dat een ster sterft. Op dit moment zijn alleen zwaartekrachtsgolven van het eerste type waargenomen.
Stervende ster als redder in nood
Op dit moment zijn er twee theorieën die gebruikt worden om de wereld rondom ons te beschrijven. Einsteins relativiteitstheorie en kwantummechanica, de theorie die het gedrag van minuscule deeltjes beschrijft. Wetenschappers zijn er echter nog niet in geslaagd om beide theorieën te verenigen. Observaties van fenomenen waar de effecten van beide theorieën belangrijk zijn, kan ons nieuwe inzichten geven in beide theorieën. Een van zo’n fenomenen is deze supernova explosie. Deze explosie is zo sterk als een paar octiljoen, een één met 27 nullen, atoombommen en kan meetbare zwaartekrachtsgolven meten.
Belgische telescoop?
Het effect van deze golven op de wereld is enorm klein. Zo klein zelfs dat de beste zwaartekracht detectoren op de planeet zoals de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, kortweg LIGO, het effect van de golven uit een supernova enkel bij dichte supernovae kunnen zien. Dit heeft tot gevolg dat we met deze detectoren maar één à twee explosies verwachten te meten in de volgende eeuw. Een manier om dit op te lossen is door een betere telescoop te vervaardigen die kleinere signalen kan oppikken.
De Einstein Telescoop is een voorgestelde zwaartekrachtsgolf-detector die kleinere signalen zou moeten kunnen waarnemen. De telescoop zal bestaan uit drie armen van tien kilometer lang waarin een laserstraal wordt gestuurd. Als er een zwaartekrachtsgolf passeert, zal die afstand lichtjes verschillend moeten zijn. Dit effect is maar zo groot als een fractie van een atoom, maar de lasers zouden dit toch kunnen zien. Wat deze telescoop nog extra interessant maakt voor ons Belgen, is dat een van de vooraanstaande plaatsen om deze te bouwen aan de Belgisch-Nederlands-Duitse grens is en zou de eerste zwaartekrachtsgolf detector in België ooit zijn.
Nuttig in zoektocht naar supernovae?
Om te weten te komen of deze nieuwe telescoop effectief een meerwaarde zou bieden onderzocht Marco Vanderpoorten, masterstudent fysica en sterrenkunde aan de Universiteit Gent, de afstand vanwaar een supernova nog net gemeten zou kunnen worden. “Dit is echter niet zo gemakkelijk als het lijkt”, vertelt Vanderpoorten. “In het Universum komen sterren in verschillende vormen en maten voor. Deze zorgen dus ook elk voor verschillend uitziende ontploffingen waarvan de precieze fysica nog niet helemaal begrepen is.”. Vanderpoorten simuleerde de zwaartekrachtsgolven ontstaan door de supernovae van verschillende stervende sterren en achterhaalde hieruit de afstand tot de aarde vanwaar ze zichtbaar zouden zijn met de nieuwe telescoop. “De resultaten zijn hoopgevend. Voor elk gesimuleerde supernovatype kan men de explosie vanop een bijna tien keer zo grote afstand waarnemen dan met de huidige telescopen. Een ruwe schatting leert ons dat we dan niet één à twee supernovae zouden kunnen waarnemen, maar honderden tot zelfs duizenden.”
Is er een rol weggelegd voor AI?
“Alleen weten of de golven ons gepasseerd zijn is natuurlijk niet genoeg om onze huidige theorieën te testen.”, zegt Vanderpoorten, “Er moet informatie uitgehaald worden.”. Aangezien de exacte fysica van supernovae nog niet begrepen is, is dit niet vanzelfsprekend. Volgens Vanderpoorten kan Artificiële intelligentie ons hiermee een handje toesteken: “Er werden verschillende algoritmes getest om de resulterende golven te classificeren naargelang hun eigenschappen. Wanneer de algoritmes al een voorbeeld hadden gezien van een bepaald type, presteerden ze uitzonderlijk goed. Maar wanneer ze een onbekende golf voorgeschoteld kregen gingen ze nog vaak de mist in. Het gelimiteerde aantal beschikbare supernovatypes waren te klein om de AI goed op te leiden. Er zullen dus meer modellen voor verschillende types supernovae gemaakt moeten worden voordat deze methode in de praktijk bruikbaar is”, besluit Vanderpoorten.
Onzekere toekomst
Alhoewel onderzoeken zoals deze aantonen dat zo’n nieuwe verbeterde telescoop een meerwaarde zou zijn in verschillende gebieden van de fysica, is de bouw ervan nog niet zeker. Het bestaan van de telescoop ligt in de handen van de politiek. Eén is zeker, als de telescoop gebouwd is, zullen wetenschappers zoals Vanderpoorten met hun geluk geen blijf weten.
