Radiosterrenkunde

Het heelal is vol 'geluiden'. Signalen, zeggen astronomen. Sterrenstelsels, gaswolken, de zon, alle zenden ze straling uit. Voor sterrenkundigen een onuitputtelijk bron van informatie nu ze deze radiostraling sinds 1932 kunnen waarnemen.

De belangrijkste bronnen van radiostraling in het universum zijn de zon, de planeet Jupiter, waterstofwolken binnen en buiten ons Melkwegstelsel, onbegrepen sterrenstelsels zoals quasars en de kosmische achtergrondstraling.

Radioastronomen tasten met zeer gevoelige radio-ontvangers, meestal in de vorm van grote schotels tot 300 meter in diameter, het heelal af. Zij doen hun waarnemingen op frequenties tussen de 10 megahertz en 300 gigahertz. Sterrenkundigen kunnen aan de hand van de intensiteit van elektromagnetische straling op een bepaalde frequentie vaststellen hoeveel van een bepaalde materie zich ergens in het heelal bevindt. De meeste radiosterrenwachten kunnen maar een deel van de frequenties waarnemen. De nieuwe supertelescoop SKA moet wel alle frequenties tussen de 0,03 en 20 gigahertz kunnen verwerken.

De radioastronomie heeft een paar beperkingen. Doordat de astronomen lange radiogolven waarnemen variërend van centimeters tot enkele meters, krijgen zij een beeld met een lage scherpte (resolutie). Daarnaast maakt de lage intensiteit van de straling gedetailleerde waarnemingen moeilijk. Twee hobbels die om steeds grotere telescopen vragen.

De meeste hinder hebben de astronomen van de vervuiling van hun waarnemingen door 'aardse stoorzenders', zoals communicatiesatellieten en tv-zenders. De belangrijkste radiofrequenties voor de astronomie zijn daarom beschermd. Bovenaan staat die van 1,421 megahertz (golflengte van 21 centimeter). Dat is de frequentie van een natuurlijke maar zeldzame straling die atomen in waterstofgas uitzenden. Zien radioastronomen op een bepaalde plaats in het heelal iets op deze frequentie, dan weten ze dat zich daar een koude, ijle waterstofwolk bevindt. Zo zijn meer stoffen en daardoor sterrenstelsels, gaswolken en andere hemellichamen te lokaliseren en te bestuderen.

De radioastronoom werkt vooral met spectra, grafieken en cijfers. Een zogenaamde valsekleurfoto krijgt hij –zij is zeldzaam– pas na inkleuring van zijn gegevens.

Voordat het zover is, moet hij het materiaal dat van de schotels komt bewerken en combineren. Vanaf de SKA-antenne gaan de signalen naar een versterker en worden die omgezet in digitale gegevens. Een supercomputer kan daarna de resultaten combineren met die van andere ontvangers. Soms leggen radiosterrenwachten hun waarnemingen vast op magneetband en sturen deze naar een gemeenschappelijk centrum, waarvan er ook een in Dwingeloo is gevestigd. Door combinatie van die signalen kan een telescoop worden nagebootst met een diameter van duizenden kilometers. De radioastronomen hebben sinds 1997 ook een satelliet ter beschikking.

De bekendste sterrenwacht voor Nederlanders is die in het Drentse Westerbork. Daar staan veertien enorme schotelantennes in een 3 kilometer lange rij. Samen vormen ze een van de vijf grote radiosterrenwachten op aarde. Ter vergelijking: bij de nieuw te bouwen SKA staan de buitenste ontvangers zo'n 1000 kilometer uit elkaar.

Radioastronomen hebben al veel ontdekkingen gedaan. Ver weg en 'dichtbij'. Zij waren het die uitsluitsel konden geven over de structuur van ons eigen melkwegstelsel. Grote stofwolken beperkten het zicht in de richting van het hart van de melkweg, zodat gewone telescopen weinig opleverden. Radioastronomen hadden daar geen last van. Zij 'keken' er dwars doorheen. Vooral Nederlandse radioastronomen, zoals de Leidse sterrenkundige J. H. Oort, hebben hierbij baanbrekend werk verricht.