De radiotelescopen van Westerbork behoren al bijna zestig jaar tot de bekendste wetenschappelijke instrumenten van Nederland. De rij grote schotels in Drenthe hielp onderzoekers al bij talloze ontdekkingen in het heelal. Nu krijgt de sterrenwacht opnieuw een technologische upgrade. Onderzoeksinstituut ASTRON heeft een nieuwe radio ontvanger getest die gevoeliger blijkt dan alle eerdere systemen die ooit op de Westerbork-telescopen zijn gebruikt.
De nieuwe ontvanger heet ALF, kort voor Ambient L-band Feed. Tijdens de eerste praktijktest wist het systeem een pulsar waar te nemen over een veel groter bereik aan radiogolflengtes dan Westerbork tot nu toe aankon. Voor radioastronomen is dat een belangrijke stap vooruit.
Signalen zwakker dan een veertje
Radiotelescopen luisteren naar extreem zwakke signalen uit de ruimte. De energie die daarbij wordt opgevangen is minuscuul. Volgens ASTRON gaat het om hoeveelheden die niet eens genoeg zouden zijn om een veertje op te tillen.
Om zulke zwakke signalen zichtbaar te maken, moeten telescopen hun eigen elektronische ruis zoveel mogelijk beperken. Daarom worden ontvangers normaal gesproken gekoeld tot temperaturen dicht bij het absolute nulpunt. Dat gebeurt vaak met vloeibare stikstof of helium.
Die aanpak werkt goed, maar heeft ook nadelen. Cryogene koeling vraagt veel energie, maakt systemen complexer en zorgt voor extra onderhoudskosten.
Geen extreme koeling meer nodig
ALF kiest een andere aanpak. De ontvanger gebruikt nieuwe indiumfosfide transistors, piepkleine componenten die radiosignalen kunnen versterken zonder veel extra ruis toe te voegen. Daardoor is zware koeling niet langer nodig.
Volgens de ontwikkelaars levert dat meerdere voordelen op. Het systeem verbruikt minder energie, vraagt minder onderhoud en kan tegelijk een groter deel van het radiospectrum meten. “De prestaties overtroffen onze verwachtingen”, zegt Mark Ruiter, een van de ingenieurs achter het project.
De nieuwe techniek is bovendien sterk geïntegreerd. De transistoren zitten direct gekoppeld aan de antenne, waardoor signaalverlies beperkt blijft. Volgens ASTRON is ALF daarmee de gevoeligste ontvanger die Westerbork in zijn bijna zestigjarige geschiedenis heeft gehad.
Op jacht naar mysterieuze explosies
De ontvanger wordt nu ingezet voor onderzoek naar fast radio bursts. Dat zijn extreem korte maar zeer krachtige uitbarstingen van radiostraling uit verre sterrenstelsels. Zo’n signaal duurt soms korter dan een oogwenk, maar bevat in die fractie van een seconde evenveel energie als de zon in een hele week produceert. Astronomen discussiëren al jaren over de oorsprong van deze uitbarstingen.
Mogelijke verklaringen lopen uiteen van magnetische explosies op neutronensterren tot krachtige jets rond zwarte gaten. Zekerheid is er nog niet. Met ALF willen onderzoekers juist de meest extreme fast radio bursts opsporen. Daarvoor wordt voorlopig één 25 meter grote schotel van de Westerbork-array gebruikt.
Breder luisteren naar het heelal
Volgens astronoom Nina Gusinskaia zit de kracht van ALF vooral in het brede frequentiebereik dat tegelijk kan worden gemeten. “De eigenschappen van het signaal op verschillende golflengtes bevatten precies de informatie die we nodig hebben”, legt ze uit. Door signalen over een groter spectrum te analyseren hopen onderzoekers beter te begrijpen hoe fast radio bursts ontstaan.
Die bredere blik wordt steeds belangrijker in de moderne radioastronomie. Grote internationale projecten verzamelen tegenwoordig enorme hoeveelheden data en zoeken naar steeds kortere en zwakkere signalen.
Technologie voor toekomstige telescopen
ASTRON ziet ALF daarom nadrukkelijk als meer dan een experiment voor Westerbork alleen. Het instituut onderzoekt al hoe de techniek geschikt kan worden gemaakt voor meer telescopen en voor een nog groter frequentiebereik. Volgens Violette Impellizzeri kan de technologie een belangrijke rol spelen in toekomstige radioastronomie. Niet alleen omdat de ontvanger gevoelig is, maar ook omdat hij goedkoper en energiezuiniger werkt dan traditionele systemen.
Dat sluit aan bij de ontwikkeling van nieuwe internationale radiotelescopen zoals de Square Kilometre Array Observatory, waar energieverbruik en onderhoud een steeds grotere rol spelen. De ontwikkeling van ALF werd gefinancierd via het Ambient-L project binnen het Open Competition Domain Science programma van Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek.
