De jacht op zwaartekrachtsgolven wordt binnenkort nog veel intensiever. De ondergrondse KAGRA-detector in Japan sluit zich als nieuwe partner aan bij de twee Amerikaanse LIGO-detectoren en Virgo in Pisa, Italië. Vrijdag hebben de drie groepen een overeenkomst getekend waarin ze de samenwerking vastleggen.
Deze Memorandum of Understanding (MOU) voorziet ondermeer in gezamenlijke waarnemingen, wetenschappelijke samenwerking en het delen van de meetgegevens. KAGRA staat voor Kamioka Gravitational Wave Detector.
Met een vierde meetpunt in Japan kunnen de bronnen van binnenkomende zwaartekrachtsgolven uit het heelal naar verwachting driemaal preciezer aan de hemel uitgepeild worden tot gebiedjes van 10 vierkante graad (ongeveer 0,1 procent van de hemel). Dat vergroot de kans dat astronomen met telescopen de bron ook echt kunnen zien.
De KAGRA-detector is de eerste ondergrondse zwaartekrachtsgolfdetector ter wereld. Het apparaat is sinds 2010 gebouwd onder leiding van de Universiteit van Tokio. Het project wordt geleid door Nobelprijswinnaar Natuurkunde 2015 Takaaki Kajita.
Het instrument is net als de andere detectoren een interferometer met twee armen die haaks op elkaar staan. Bij LIGO en Virgo zijn de kilometers lange armen in bovengrondse pijpen ondergebracht, hier staan ze in geboorde tunnels.
Met laserlicht tussen spiegels wordt de lengte van de twee armen van drie kilometer vergeleken tot een fractie van de diameter van een proton. Op die manier kunnen vervormingen van de ruimtetijd worden gezien. Die ontstaan volgens Einsteins relativiteitstheorie wanneer bijvoorbeeld zwarte gaten elkaar opslokken, of neutronensterren botsen.
LIGO-Virgo heeft inmiddels meer dan dertig van zulke ruimtetijdbevingen waargenomen, afkomstig van bronnen tot vele miljarden lichtjaren afstand. De eerste gravitatiegolf werd in 2015 gezien en in 2016 bekend gemaakt door de LIGO/Virgo-samenwerking.
In één geval werd na een botsing van twee neutronensterren ook een lichtsignaal waargenomen. In het lichtspectrum werd toen het ontstaan van goud-atomen gezien. Deze waarneming geldt als het startpunt van de moderne multimessenger-astronomie, die het universum tegelijk bestudeert via licht, straling, kosmische deeltjes en ruimtetijdgolven.
KAGRA is vrijwel klaar om te gaan meten en zal zich vermoedelijk in december aansluiten bij de O3-meetcampagne van een jaar die LIGO en Virgo uitvoeren. De eerste periode wordt gebruikt om de bijzondere instrumenten beter in te regelen; of er zwaartekrachtsgolven mee kunnen worden opgepikt staat dan nog niet vast. Behalve de plaatsing in de kalme ondergrond is bijzonder aan KAGRA dat de spiegels tot vrijwel het absolute nulpunt worden gekoeld.
Gedurende de hele maand oktober nemen de bestaande drie detectoren in Hanford, Louisiana en Pisa overigens een time-out voor reparaties en verbeteringen. Nikhef is intensief betrokken bij de bouw en metingen van de Virgo-detector in Italië.
De overeenkomst van LIGO, Virgo en KAGRA loopt in principe tot september 2023, maar kan daarna verlengd worden. In LIGO werken ongeveer 100 Amerikaanse universiteiten en instituten samen, in Virgo circa 70 Europese instellingen, waaronder voor Nederland Nikhef. Tot nog toe deelden en analyseerden de twee partners al samen alle meetgegevens. Ook de bestaande detector GEO600 bij Hamburg in Duitsland sluit zich aan bij de samenwerking. In 2025 komt daar de LIGO India ook nog bij.