Een race tegen de ruis

Leestijd: 3 minuten

Thomas van de Sandt

De unieke radiotelescoop LOFAR, die is opgebouwd uit ruim 40.000 antennes, is dit jaar – qua hardware – helemaal klaar. ASTRON, de drijvende kracht achter de telescoop, start nu met het in kaart brengen van de sterrenhemel op de lage radiofrequenties.

‘LOFAR is wereldwijd de enige in zijn soort’, laat dr. Albert Jan Boonstra, hoofd research & development bij ASTRON, weten. ‘In dit frequentiegebied (LOFAR opereert in twee banden tussen 10 en 250 MHz, red.) zijn maar heel weinig telescopen actief. En LOFAR is orders van grootte gevoeliger en flexibeler dan andere arrays.’

Dat moet ook wel, want de telescoop, waarvan de bouw ruim 100 miljoen euro heeft gekost, moet gaan luisteren naar signalen die zijn te vergelijken met gefluister tijdens een hardrockconcert. De radiobronnen waarin astronomen geïnteresseerd zijn worden velen malen overstemd door signalen vanaf de aarde en enkele sterke radiobronnen aan de hemel. Daarnaast zorgt onder andere de ionosfeer voor verstoringen.

‘Er is lange tijd scepsis geweest over het technisch principe van LOFAR’, vertelt Boonstra. ‘Kun je er echt wetenschap mee bedrijven en kun je hem überhaupt wel voldoende kalibreren? Uit de eerste resultaten blijkt dat dat wel degelijk zo is. We zitten nu op een dynamisch bereik van 400.000:1. Dat betekent dat we een radiosignaal kunnen waarnemen dat wordt uitgezonden naast een signaal dat 400.000 keer sterker is. Zo snel na de opening is dat een heel goed resultaat.’

De officiële opening van LOFAR was in juni 2010, maar pas dit jaar zijn alle veldjes met antennes gereed. De ruim 40.000 antennes zijn verdeeld over 48 stations, waarvan er zes op een zogenaamde ‘superterp’ liggen, bij het Drentse Exloo. De overige stations liggen verspreid over Noord-Nederland, Duitsland, Engeland, Frankrijk en Zweden. Alle stations zijn door zeer snelle glasvezelverbindingen verbonden met een supercomputer in Groningen en vormen zo samen een zeer sterke telescoop. Lang niet alle berekeningen die nodig zijn om de signalen te verwerken, worden door de supercomputer uitgevoerd, laat Boonstra weten. ‘Opgeteld staat in alle veldjes evenveel rekenkracht opgesteld als in Groningen.’

Geen van de antennes kan bewegen, maar toch kan LOFAR zowel de hele zichtbare hemel bekijken als focussen op een klein gedeelte. Dit gaat allemaal softwaregestuurd. Omdat de antennes op een bepaalde afstand van elkaar liggen, vangen ze de radiosignalen op met een faseverschil. Via slimme algoritmes zijn de signalen uit een bepaald deel van de hemel te versterken en vanuit andere richtingen te onderdrukken. Ook is het mogelijk een gedeelte van de stations in één richting te laten kijken en een gedeelte in een andere richting of tegelijkertijd op verschillende frequenties waar te nemen.

ASTRON voer momenteel samen met universitaire onderzoekers een ‘all-sky survey’ uit, om vele tienduizenden radiobronnen aan de hemel in kaart te brengen, die vervolgens ook te gebruiken zijn als referentie bij de kalibratie van gedetailleerde metingen. Dat kan behoorlijk wat tijd in beslag nemen, vertelt Boonstra. ‘Sterke radiobronnen aan de hemel overstemmen met hun zijlussenpatroon andere bronnen. Die zijlussen moet je dus van het signaal aftrekken. Daarna vind je de iets minder sterke bronnen, die weer hun eigen zijlussen hebben. Voordat je alles scherp hebt, ben je een hele hoop iteraties verder.’

Bij de Universiteit van Amsterdam wordt de zoektocht geleid naar snel variërende en pulserende radiobronnen. Bij het Astronomisch Instituut Potsdam (Duitsland) concentreert men zich op onderzoek van onze zon en het medium tussen de planeten. De Radboud Universiteit coördineert onderzoek naar hoog-energetische kosmische deeltjes. De Rijksuniversiteit Groningen tenslotte gaat kijken naar tekenen van de vorming van de eerste sterren en melkwegstelsels in de vroege fase van het heelal, de zogenaamde Epoch of Reionization (EoR). Dit is het tijdperk dat het neutrale heelal samenklonterde en de eerste sterren werden gevormd; daarmee werd ook het interstellaire gas geïoniseerd. Straling van neutraal waterstofgas uit deze periode is nu in het radiogebied terechtgekomen en dus met LOFAR te detecteren. ‘Het waarnemen van de EoR zou een fantastische mijlpaal zijn. Als ik het zo kan inschatten ook Nobelprijswaardig’, aldus Boonstra.

Overigens staan de plannen voor de opvolger van LOFAR al klaar. Deze Square Kilometre Array (SKA), die in Zuid Afrika of Australië gaat komen, moet weer een flinke stap gevoeliger worden en gaat bovendien in een breder frequentiegebied meten. SKA, waarbij ook verschillende Europese fondsenverstrekkers (zoals NWO) bij betrokken zijn, is inmiddels een ‘legal entity’ en kan dus mensen in dienst nemen.

Lees ook

Nieuwsbrief
* indicates required