'Oerknaltelescoop' Planck voert ijskoud kunstje op 9 mei 2009 de Volkskrant

Een lancering is altijd het spannendste moment van een ruimtevlucht. Helemaal als er twee dure ruimtetelescopen tegelijkertijd de ruimte in gaan, zoals aanstaande donderdag. Maar Jan Tauber verwacht pas zeven weken ná de lancering een zucht van verlichting te kunnen slaken. Tauber, werkzaam bij het Europese technologiecentrum ESTEC in Noordwijk, is wetenschappelijk projecteleider van Planck, een Europese ruimtesonde die precisie-onderzoek moet gaan doen aan de oerknal. Pas begin juli is duidelijk of dat echt gaat lukken, wanneer de extreem gevoelige detectoren van Planck zijn gekoeld tot een tiende graad boven het absolute nulpunt.

De kosmische achtergrondstraling – het afgekoelde overblijfsel van de energie van de oerknal – heeft een temperatuur van ruim 270 graden onder nul: 2,7 graden boven het absolute nulpunt. Planck is in staat om minieme temperatuurverschillen in de achtergrondstraling van een duizendste promille te detecteren. Dat lukt alleen wanneer de stralingsmeters, bestaande uit extreem dunne draden van verguld siliciumnitride, diepgekoeld worden. Daartoe is de ruimtetelescoop uitgerust met drie geneste koelers. Bovendien wordt hij naar een punt op anderhalf miljoen kilometer van de aarde gebracht, en afgeschermd voor elke vorm van straling van zon, aarde en maan.

De kosmische achtergrondstraling werd midden jaren zestig bij toeval ontdekt en geldt als een van de sterkste ‘bewijzen’ voor de oerknaltheorie. De eerste satellietmetingen aan de zeer zwakke microgolfstraling, eind jaren tachtig verricht door de Amerikaanse COBE-kunstmaan, leverden projectleiders George Smoot en John Mather in 2006 een Nobelprijs natuurkunde op. COBE ontdekte kleine temperatuurverschillen, veroorzaakt door minieme dichtheidsfluctuaties in het pasgeboren heelal. Uit die subtiele dichtheidsverschillen zijn later de sterrenstelsels ontstaan.

Met de eveneens Amerikaanse WMAP-kunstmaan, gelanceerd in 2001, zijn de metingen veel preciezer uitgevoerd. Mede dankzij WMAP hebben kosmologen nu een redelijk beeld van de leeftijd, de evolutie en de samenstelling van het heelal. Maar er zijn nog veel onopgeloste raadsels, en hoewel er de laatste jaren ook nauwkeurige metingen zijn verricht met instrumenten op hoge bergtoppen of aan ballonnen, is er heel duidelijk behoefte aan een nieuwe ‘oerknaltelescoop’ in de ruimte. ‘Er gaat niets boven de ruimte,’ aldus Tauber. ‘Waarnemingen vanaf aarde vormen daar geen alternatief voor.’

Plancks ingenieuze stralingsmeters zijn tien keer zo gevoelig en kijken drie keer zo scherp als de detectoren van WMAP. ‘In de WMAP-gegevens zijn verschillende onverwachte anomalieën gevonden,’ zegt Tauber, ‘en omdat die moeilijk te verklaren zijn, gaan veel onderzoekers er vanuit dat er iets mankeert aan de gegevensverwerking en de data-analyse.’ Als het bestaan van die afwijkingen door Planck wordt bevestigd, moeten sommige huidige aannames over het heelal misschien op de helling, aldus Tauber. ‘Ik denk dat de meeste kosmologen daar niet echt op zijn voorbereid.’

Planck gaat ook als eerste metingen doen aan de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling. Die is uitermate zwak, maar de metingen zijn van groot belang: ze bieden informatie over de processen in het heelal die kort na de oerknal plaatsvonden. Algemeen wordt aangenomen dat het heelal in de allereerste minieme fractie van zijn bestaan een periode van exponentiële uitdijing doormaakte (de zogeheten ‘inflatie’), en dat pas daarna de ‘normale’ uitdijing op gang kwam. Bepaalde patronen in de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling zouden een ruggesteun kunnen vormen voor de inflatietheorie.

De ontdekking van die patronen, de zogeheten b-modes, is een van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van Planck. Maar hoewel vrij snel na de lancering een begin wordt gemaakt met de verwerking van de eerste meetgegevens, zal het nog jaren duren voordat het Planck-team klaar is voor een wetenschappelijke publicatie over het al dan niet voorkomen van b-modes. De metingen liggen volgens Tauber aan de grens van het technisch haalbare. ‘Het zal naar verwachting heel veel tijd kosten om onszelf ervan te overtuigen dat we de juiste conclusies trekken.’

Het ontwerp en de bouw van de extreem gevoelige detectoren van Planck was een enorme klus, maar nu die eenmaal is voltooid, is de verwerking van de immense hoeveelheden meetgegevens de grootste technologische uitdaging voor Tauber en zijn collega’s. ‘Daar komt bij dat we in een team van drie à vierhonderd wetenschappers van over de hele wereld werken,’ zegt hij. ‘Daar zijn we in de sterrenkunde niet zo aan gewend. Dat kun je gerust een sociologische uitdaging noemen.’

© Govert Schilling

Links: