Icon up Overzicht

LOFAR; ’s werelds grootste radiotelescoop

Onderwerp: Sterrenkunde

Bij sterrenkunde denk je al snel aan mensen die met telescopen naar de hemel kijken. Voor frequenties die lager liggen dan het visuele spectrum zijn je ogen niet geschikt. Zoals voor het infraroodspectrum, het microgolfspectrum en het radiogolfspectrum. Hiervoor worden radiotelescopen gebruikt. Optische telescopen zijn eigenlijk gewoon hele grote verrekijkers die al sinds de oudheid worden gebruikt. Echter, radiotelescopen zijn pas uitgevonden in de jaren dertig van de vorige eeuw. Net als licht zijn radiogolven elektromagnetische golven. Maar ze hebben een lagere frequentie en dus een langere golflengte.

Oplossend vermogen vergroten

Om meer weten te komen over een golfbron is het belangrijk vanaf meerdere punten ernaar te kijken. Wanneer je vanaf één punt een radiogolfbron opvangt, kun je weinig of niets zeggen zeggen over waar het vandaan komt. Met twee punten kun je aan het tijdsverschil waarmee het signaal bij de verschillende punten aankomt de afstand bepalen. Op deze manier bepalen je hersenen ook waar een geluid vandaan komt: door de twee signalen van je oren met elkaar te vergelijken. De radiogolfbron is zelf ook geen punt, maar een bepaald object waarvan de golven vanaf verschillende plaatsten worden afgegeven. Door met meerdere observatiepunten de signalen van de golfbron op te vangen, kun je informatie verzamelen over de locatie en de aard van de golfbron. Hoe verder de observatiepunten uit elkaar liggen en hoe meer oberservatiepunten je hebt, hoe groter het oplossend vermogen.
Een radiotelescoop is een grote schotel waarmee je van verschillende punten de hemel observeert. In Westerbork staan veel van deze radiotelescopen in een nette rij array opgesteld, zodat je een nog groter gebied kunt observeren.

Je kunt hier goed zien hoe de telescopen objecten in de ruimte volgen. © ASTRON

Glasvezelnetwerk

Om nog grotere gebieden te observeren wordt op dit moment in Nederland en omstreken aan het LOFAR (Low Frequency Array) project gewerkt. LOFAR maakt gebruik van eenvoudige, kleinere antennes. Het zijn er veel meer dan gebruikelijk en ze observeren een veel groter gebied. Met de vernieuwde digitale technieken en een supersnel glasvezelnetwerk is het mogelijk alles wat de kleine antennes binnenkrijgen samen te koppelen en te verwerken tot één goed te analyseren databundel. De antennes zijn kleine metalen stellages in de vorm van een piramide. De antennes worden verdeeld over een groot centraal gebied van ongeveer 320 hectare en over ongeveer 100 kleine `stations', elk met een oppervlakte van een paar hectare. De centrale stations staan dicht opeen gepakt en naar buiten toe komen ze steeds verder uit elkaar te liggen. Het uiteindelijke gebied waarover de antennes zijn uitgespreid heeft een diameter van ongeveer 350 km.

Een impressie van schotels en antennes. © ASTRON

Download bestand(PDF)
Hier kun je een informatief filmpje over het LOFAR project downloaden. Het is een exe bestand (pas op: 10,3 Mb). © ASTRON

Zoals je in het filmpje hebt gezien, moeten de radiotelescopen op een bepaald gedeelte van de hemel gericht worden. De LOFAR antennes ontvangen signalen uit alle richtingen. De nieuwe software van LOFAR kan de signalen van de duizenden antennes met verschillende tijdsintervallen correleren. Zo kijk je heel effectief één richting op. LOFAR is het eerste systeem dat gebruikt maakt van dergelijke software.

Resultaten

Wetenschappers over de hele wereld kijken reikhalzend uit naar de eerste resultaten van LOFAR.
LOFAR zal bijvoorbeeld de eerste telescoop kunnen zijn die signalen kan waarnemen van de eerste sterren en melkwegstelsels die na de oerknal in het vroege heelal zijn ontstaan. Dit zijn hele zwakke signalen die je ook nog eens moet zien te halen uit een geheel van telefoonmastsignalen, FM-radiogolven en nog veel meer. Een uiterst moeilijk karwei dus.

Verschillende onderzoeksgroepen in Nederland (en in de hele wereld) zijn al bezig zich te richten op bepaalde aspecten van de enorme stroom data die LOFAR binnenkort voort zal gaan brengen. In Nijmegen zal de groep sterrenkunde zich onder leiding van Heino Falcke gaan richten op kosmische straling. Kosmische staling bestaat uit energetische deeltjes die vanuit de kosmos op aarde terechtkomen. Deze deeltjes zijn meestal atoomkernen, maar het kunnen ook elektronen, gammastralen of neutrino's zijn.

Douche

De invallende deeltjes verliezen hun energie door botsingen in de atmosfeer van de aarde. Ze veroorzaken een kettingreactie van botsingen waarbij steeds weer nieuwe deeltjes vrijkomen. Dit kan op het aardoppervlak waargenomen worden als een 'douche' van deeltjes. Het aantal deeltjes in zo'n Extensive Air Shower kan oplopen tot 1011 deeltjes binnen een straal van enkele honderden meters, en is afhankelijk van de energie van het invallende deeltje. De hele botsingscascade duurt, van initiële inslag tot aardoppervlak, slechts enkele tientallen nanoseconden.

Schematisch overzicht van hoe een proton dat op de atmosfeer botst uiteen stort in pionen, elektronen, positronen, muonen en muonneutrinos

Overal te bewonderen

De factor gamma, zoals men deze noemt, duikt overal weer op in de speciale relativiteitstheorie en is fundamenteel voor de relativistische rekenkunde.

Als je deze theorie wilt begrijpen, kun je deze bijles bestuderen.

Heino Falcke is bijzonder hoogleraar in de Hoge Energie-Astrofysica aan de RU in Nijmegen. Ook werkt hij aan het Max Planck Institut fur Radioastronomie in Bonn. Hij zal zich met zijn groep op de RU in Nijmegen gaan richten op de kosmische straling die binnenkomt via LOFAR.