Nederland bouwt mee aan supertelescoop SKA

Zo’n 130.000 antennes in Australië maken deel uit van de internationale SKA-telescoop, waarin metingen van tal van antennes door supercomputers worden gecombineerd. Op de foto: close-up van lagefrequentie-antennes van SKA in Australië. beeld SKA Organisation
4

De superradiotelescoop die een internationaal samenwerkingsverband gaat bouwen, stelt wetenschappers in staat het heelal in meer detail en sneller in kaart te brengen dan ooit tevoren. Nederland levert een belangrijke bijdrage.

Hoe zijn planeten gevormd, wat is donkere materie, bestaat er buitenaards leven? Deze en andere vragen zijn voor de wetenschap onbeantwoord. Ze hoopt de oplossing te vinden met ’s werelds grootste en krachtigste radiotelescoop.

De telescoop, in het Engels ook wel Square Kilometre Array (SKA) genoemd, zal een oppervlakte beslaan van een vierkante kilometer. Niet dat er op aarde straks één supermegaschotel van die omvang wordt neergezet. Nee, de vierkante kilometer waarvan sprake is, is een optelsom. Het komt neer op het aaneenschakelen van zo’n 200 telescoopschotels in Zuid-Afrika en 130.000 antennes in Australië, ook al staan ze op afstand van elkaar. Beide plekken zijn uitgezocht omdat daar weinig omgevingsruis is. De Afrikaanse telescoop richt zich op de hoge en middenfrequenties van het radiospectrum, in Australië gaat het om de lage radiofrequenties. Hoe groter de telescoop, des te meer details van het heelal er kunnen worden waargenomen.

De supertelescoop –waarvan de bouw in 2020 zal starten– levert evenveel informatie als 100 miljoen pc’s. Het in kaart brengen van de sterrenhemel zal met SKA duizend keer sneller kunnen dan met ieder huidig systeem. De verwerking en opslag van die gegevens levert ook nog eens een interessante uitdaging op. Het gaat namelijk om ”big data”.

Het SKA-project belooft niet alleen ” groot, groter, grootst” te worden, maar is ook een goed voorbeeld van geslaagde internationale samenwerking. Twintig landen, inclusief niet-westerse landen als China en India, hebben de handen ineengeslagen om kennis, wetenschappers en fondsen beschikbaar te stellen.

Voorhoede

Nederland hoort tot de absolute voorhoede. Het Nederlands instituut voor radioastronomie, Astron, was al vroeg bij het SKA-project betrokken. „We zijn al sinds het begin van de jaren 90 bezig met de technologische ontwikkeling van dit soort telescopen”, vertelt Michiel van Haarlem, hoofd van de Nederlandse tak van het SKA-project.

Bij Astron leefde in die tijd het idee dat de toekomst van de radioastronomie niet zou liggen in het bouwen van steeds grotere schotels, maar in het gebruik van kleine, eenvoudige en relatief goedkope antennes. Vervolgens kunnen supercomputers de signalen die alle afzonderlijke schotels en antennes opvangen met intelligente software en elektronica combineren tot één signaal. Op die manier wordt het maximale uit zo’n instrument gehaald.

Het SKA-project is dus al een tijdje in de lucht. Het was bij aanvang al duidelijk dat SKA iets van de lange adem zou worden. Om op kortere termijn wetenschappers al wat te bieden, waagde Astron zich intussen aan een kleinere versie van SKA. De Nederlandse mini-SKA heet Lofar – een Engels acroniem dat staat voor ”lagefrequentiearray”.

Lofar bestaat uit tientalen antennestations die via een glasvezelnetwerk zijn verbonden met een centrale supercomputer. De meeste antennestations staan in en rond Exloo, niet ver van Dwingeloo, waar de voorloper van Astron in 1949 werd opgericht. De overige stations staan elders in Drenthe, Groningen, Friesland en Overijssel. Andere antennestations staan onder meer in Duitsland, het Verenigd Koninkrijk en Polen.

Inspiratiebron

Lofar is een van de eerste ”softwaretelescopen” ter wereld die bijna volledig door computers worden bestuurd. „De Lofartelescoop hebben we in 2010 in gebruik genomen. Het is een belangrijke inspiratiebron voor de telescoop van de lage radiofrequenties in Australië, onderdeel van SKA”, vertelt Van Haarlem, die voorheen ook directeur was van het internationale SKA-project.

De superradiotelescoop moet wetenschappers in staat stellen de sterrenhemel in gedetailleerder en sneller in kaart te brengen dan ooit tevoren. Het biedt de gelegenheid om allerlei terreinen van astronomisch onderzoek nader te exploreren. Bijvoorbeeld het testen van Albert Einsteins relativiteitstheorie. Maar ook het onderzoeken van het vroege heelal en het ontstaan van de eerste sterren en sterrenstelsels volgens de bigbangtheorie. Verder hopen de astronomen de magneetvelden in het heelal het in kaart te brengen, snelle radioflitsen te ontdekken en planeten rond nabije sterren te bestuderen. Misschien zal SKA ook het antwoord geven op een van de grootste mysteries voor de mensheid: Zijn we alleen in het heelal? Bestaat er buitenaards leven?

„Persoonlijk ben ik gefascineerd in de zoektocht naar de eerste sterren en sterrenstelsel in het heelal”, zegt Van Haarlem. „Vragen over het heelal kunnen op geen andere manier worden beantwoord dan met een krachtige radiotelescoop.”

Tijdmachine

De astronomen hopen met het in kaart brengen van het verleden van het heelal het huidige heelal beter te begrijpen. Ze verwachten dat Lofar al antwoord zal kunnen geven op de vraag naar de tijdperiode dat de eerste sterrenstelsels in het vroegere heelal zijn ontstaan. „De periode van de eerste sterrenstelsels ligt 13 miljard jaar terug in de tijd, en komt overeen met een miljard jaar na de oerknal”, vertelt Van Haarlem. Redenerend vanuit de oerknaltheorie stelt hij dat een radiotelescoop in zekere zin is te beschouwen als een tijdmachine: verder kijken in het heelal betekent dan verder teugkijken in de tijd.

Hoe krachtiger de telescoop, hoe verder de astronomen menen terug te kijken in het vroege heelal. „Met SKA willen we het ontstaan van de eerste sterrenstelsels voor het eerst in kaart brengen en een plaatje maken van het gebied waar ooit de eerste sterren zijn ontstaan”, meent Van Haarlem. „Dan zul je zien dat er gebieden zijn met veel gas waar een stelsel is ontstaan, en gebieden met minder gas. De verdeling van die gebieden vertelt je iets over de samenstelling van het heelal. Heel spannend.”

De Nederlandse regering heeft zich voor de eerste fase (ontwerp en bouw) van het SKA-project garant gesteld voor 30 miljoen euro. En bij deze financiering blijft het waarschijnlijk niet. Het is geen overbodige luxe, laat Van Haarlem weten. „Nederland is traditioneel een voorloper in de radio-astronomie en kan eigenlijk niet achterblijven bij zo’n grensoverschrijdend en -doorbrekend project.” Niet voor niets zijn er ook landen bij betrokken die traditiegetrouw sterk zijn in deze tak van de sterrenkunde, zoals Zweden, het Verenigd Koninkrijk, Australië, India en Italië.

Handtekening

In Rome werden op 12 maart de handtekeningen gezet door afgevaardigden uit zeven landen, waarmee het startschot klonk voor de oprichting van een specifieke verdragsorganisatie. Over ongeveer een jaar kan er worden gestart met de eerste fase van het project, dat goed is voor een kleine 700 miljoen euro.

De kosten gaan voor de baten uit. De Nederlandse overheid verwacht dat SKA een grote wetenschappelijke impact zal hebben en technologische innovatie zal stimuleren. Want in Nederland komt een datacentrum dat werkgelegenheid zal bieden aan hoogopgeleide onderzoekers en softwareontwikkelaars. En dan is al die hoogtechnologische kennis over antennes en datatransport zeer welkom.