In Japan is deze week de nieuwe zwaartekrachtsgolfdetector KAGRA in bedrijf genomen. Het nieuwe instrument gaat zijn waarnemingen van ruimtetijdtrillingen voegen bij die van de twee bestaande Amerikaanse LIGO-observatoria en Virgo in Italië. Daardoor kunnen bronnen in het universum nog beter worden uitgepeild aan de sterrenhemel.
De KAGRA-detector is de eerste ondergrondse zwaartekrachtsgolfdetector ter wereld, gebouwd in hetzelfde KAMLAND-tunnelcomplex bij Kamioka waar ook grote neutrinodetectoren staan. Ondergronds zijn verstoringen door de buitenwereld minimaal.
Aan het apparaat is sinds 2010 gebouwd onder leiding van de Universiteit van Tokio. Het project wordt geleid door Nobelprijswinnaar Natuurkunde 2015 Takaaki Kajita. Nikhef bouwde aan aantal jaren geleden in Amsterdam een aantal ophangingen voor de spiegels in de Japanse interferometer.
KAGRA is net als de andere zwaartekrachtsgolfdetectoren in de VS en Europa een interferometer met twee lange 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 tientallen van zulke ruimtetijdbevingen waargenomen, afkomstig van bronnen tot vele miljarden lichtjaren afstand. De meeste signalen komen van botsende zwarte gaten, een enkele van neutronensterren. De trillingen zijn een nieuwe manier om naar extreme astronomische processen te kijken.
KAGRA sloot zich deze week aan bij de huidige 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. De metingen worden meteen publiek gemaakt via de website gracedb.
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.
PhD-student Bouke Jisse Jung van Nikhef schreef eerder tijdens een verblijf in Japan een blog over zijn bezoek als masterstudent aan KAGRA.
