De Einsteintelescoop, een gelijkzijdige driehoek met buizen van 80 centimeter diameter en een lengte van 10 kilometer, wordt binnen afzienbare tijd ingegraven, ergens in Europa. Het doel: de zwaartekrachtgolven als resultaat van gebeurtenissen in de kosmos opvangen die met eerdere generaties van zulke zwaartekrachtsobservatoria – LIGO in de Verenigde Staten en VIRGO in Italië – niet waarneembaar waren. Enkele precisieonderdelen van de Einsteintelescoop worden op de Photonics Campus van de VUB in Pajottegem gemaakt.
De telescoop bestaat eigenlijk uit 6 zogenoemde interferometers, die de kleinste schommelingen kunnen ‘voelen’ in de gravitatiegolven die door het heelal reizen. Op elk hoekpunt van de driehoek zullen er 2 interferometers boven elkaar gebouwd worden. Eén interferometer zal afgesteld worden op het detecteren van heel laagfrequente signalen en de andere op hoogfrequente signalen. Ze werken met licht en geven enkel een signaal van zodra er een miniem lengteverschil optreedt in de buizen van de interferometer-telescoop.
“Normaal is er geen signaal en is er ook niets te zien op de meetapparatuur”, zegt professor Michaël Vervaeke van de onderzoeksgroep B-PHOT van de VUB. ”Op de hoekpunten waar de buizen samenkomen en waar het licht in de verschillende buizen met elkaar kan interfereren, ontstaat pas een signaal onder de vorm van een lichtring op het ogenblik dat er minuscule veranderingen optreden in de lengte van het buizensysteem. De meetapparatuur zal verschillen kunnen meten van 10⁻¹⁸ meter en nog beter, afmetingen op atomaire schaal.”
Extreem zuiver monokristallijn silicium
Die kleine lengteverschillen worden veroorzaakt door zwaartekrachtgolven, waarvan we weten dat ze hier op aarde voor lengteverschillen zorgen. “Ze zijn het gevolg van kosmische events die zich ergens ver in de ruimte afspelen, zoals het botsen van zwarte gaten of exploderende sterren”, weet Vervaeke. “Het is nog niet lang geleden dat de eerste zwaartekrachtgolf werd gedetecteerd. Tegenwoordig vinden we er toch minstens eentje elke week. We vermoeden dat er nog veel meer zijn en dat ze ook het gevolg kunnen zijn van veel lichtere en kleinere gebeurtenissen in de ruimte, maar dat we die gewoon niet registreren. We hopen dat dat met de Einsteintelescoop wel zal lukken.”
“De Einsteintelescoop moet een werkingstemperatuur kunnen aanhouden van 15 graden Kelvin"
Structuur van Einsteintelescoop © Michael Vervaeke
Daarvoor is het belangrijk dat de onderdelen van de Einsteintelescoop heel nauwkeurig gemaakt worden. Ze moeten aan bijna onmogelijke standaarden voldoen. “In Maastricht zijn ze bezig met de productie van een laserlichtbron met een heel stabiele golflengte van 1550 nanometer”, zegt Vervaeke. “Tegelijk wordt er in Aken in Duitsland gewerkt aan een stabiele lichtbron voor licht met een golflengte van 2090 nanometer. Wij van de VUB-onderzoeksgroep B-PHOT werken op onze campus in Gooik aan de input- en output mode cleaners, de instrumenten om die laserbronnen extreem te stabiliseren en te filteren, zodat er exact 1 mode bij een heel gekende frequentie uitgezonden en ontvangen wordt. We werken ook aan de spiegels voor het prototype en zullen meewerken aan de spiegels voor de uiteindelijke telescoop. Die van het prototype zullen een diameter hebben van 15 centimeter en een dikte van 8 centimeter. Ze worden vervaardigd in extreem zuiver monokristallijn silicium. Die zuiverheid moet bewaard blijven tijdens al de bewerkingsstappen, van de ruwe silicium tot de ultraprecieze spiegel, die hele grote vermogens van enkele megawatts aan licht zal moeten weerkaatsen.”
De finale versie van die spiegels zal een diameter hebben van 45 centimeter, een dikte van 57 centimeter en een gewicht van om en bij de 200 kilogram. De spiegels moeten zo zuiver zijn en blijven omdat ze dan zo weinig mogelijk licht absorberen. Bij absorptie wordt licht immers omgezet in warmte en de Einsteintelescoop moet een werkingstemperatuur kunnen aanhouden van 15 graden Kelvin, dat is vijftien graden boven de laagst mogelijke temperatuur. “Elke verstoring, elke minieme opwarming, en zelfs de beweging van de atomen in het silicium, kan voor een verslechtering van de signaal-ruisverhouding zorgen”, aldus Vervaeke.
Driehoekig CERN
Over de locatie van de nieuwe telescoop bestaat nog geen zekerheid. Er zijn op dit ogenblik nog drie mogelijke locaties, een in de buurt van het drielandenpunt van de Euregio Rijn-Maas bij de Belgisch-Nederlands-Duitse grens, eentje op het eiland Sardinië, en mogelijks eentje in Saksen, Duitsland. “Voorwaarde is een stabiele ondergrond met weinig seismische activiteit”, zegt Vervaeke. “De vacuümbuizen, die tot een soort van driehoekig CERN moeten leiden, moeten diep onder de grond worden ingegraven om seismische ruis van de golfslag van de zee niet te horen en geen last te hebben van alle mogelijke menselijke activiteiten. Op de plaatsen waar de buizen van de immense driehoek samenkomen, worden ondergrondse ruimten gebouwd met de allures van kathedralen om de meetapparatuur te huisvesten. Het zijn dus ingrijpende ondergrondse bouwwerken.”
De wetenschappers van de VUB hebben niet gewacht op die definitieve beslissing. Eind 2025 werd het FWO-IRI-project E-TECH goedgekeurd, een belangrijke stap in de uitbouw van technologische infrastructuur ter ondersteuning van de Einsteintelescoop. Binnen dat project werken verschillende Vlaamse partners samen om onderzoeks- en testcapaciteit uit te bouwen die België positioneert in de voorbereiding van de toekomstige detector. Voor de VUB ligt de bijdrage vooral bij de expertise in fotonica en precisie-optica, onder meer via de onderzoeksgroep B-PHOT, die werkt aan optische componenten met extreem lage oppervlakteruwheid en hoge nauwkeurigheid.
Cleanroom in Halle
In september werd in Pajottegem een Ion Beam Figuring-machine opgeleverd voor de finale vormcorrectie van spiegels voor de Einsteintelescoop. De installatie maakt het mogelijk om optische oppervlakken op nanometerniveau bij te sturen na het polijsten, wat cruciaal is voor de extreem hoge nauwkeurigheid die nodig is om zwaartekrachtsgolven te detecteren. De technologie vormt de laatste stap in het productieproces van ultraprecisiespiegels en laat toe om oppervlaktedeviaties tot op atomair niveau te corrigeren. De installatie past binnen de activiteiten van de VUB-photonics-infrastructuur in het Pajottenland en sluit aan bij het werk rond de optische componenten voor de Einsteintelescoop. Met de machine wordt de lokale capaciteit versterkt om hoogwaardige spiegeloptica te ontwikkelen en te valideren, wat essentieel is voor de toekomstige Einsteintelescoop.
“Deze zomer wordt bovendien de afwerking verwacht van een cleanroom in Halle, die deel uitmaakt van het ETpathfinder Smart Skills Lab-ecosysteem”, zegt Vervaeke. “Die faciliteit zal dienen voor training, en het assembleren en testen van optische componenten in gecontroleerde omstandigheden. De cleanroom maakt het mogelijk om opleidingen te organiseren voor ingenieurs, technici en bedrijven die betrokken willen worden bij de ontwikkeling van de Einsteintelescoop. Tegelijk ondersteunt de infrastructuur ook demonstratie- en ontwikkelingsactiviteiten rond precisie-optica en fotonica.”
Bio
Prof. dr. Michael Vervaeke is hoogleraar aan de faculteit Ingenieurswetenschappen van de Vrije Universiteit Brussel. Hij studeerde in 2000 af als elektrotechnisch ingenieur met als hoofdvak fotonica en promoveerde in 2007 in de ingenieurswetenschappen, beide aan de VUB.