Wordt deze Nederlandse ver-infrarood detector een game changer voor de astronomie?

Een game changer in de astronomie. Dat is de ver-infrarood detector die SRON ontwikkelt voor NASA’s PRIMA ruimtetelescoop. Steun uit het Instrumentenprogramma van het NSO brengt de innovatieve technologie een stap dichterbij.Een game changer in de astronomie. Dat is de ver-infrarood detector die SRON ontwikkelt voor NASA’s PRIMA ruimtetelescoop. Steun uit het Instrumentenprogramma van het NSO brengt de innovatieve technologie een stap dichterbij.
© Jochem Baselmans

Hoe ontstonden de allereerste en dus oudste sterrenstelsels van ons heelal? Onder welke omstandigheden worden planeten ‘geboren’? En wat is de oorsprong van alle materie om ons heen? Het zijn drie prangende vragen waarop astronomen antwoord zoeken. Maar een meetinstrument waarmee ze de antwoorden kunnen vinden, is nog niet uitgevonden. Daar brengt het Nederlandse ruimteonderzoeksinstituut SRON verandering in.

Iedereen die ooit bij een kampvuur heeft gezeten weet dat er verschillende soorten elektromagnetische straling zijn, legt Jochem Baselmans van SRON en TU Delft uit. Kijk je naar dat knapperende vuurtje, dan zie je met je ogen golflengtes van grofweg 380 tot 760 nanometer. Is het vuur gedoofd? Dan zie je niets, maar je voelt nog wel de warmte van smeulend hout. Dat is infraroodstraling, met golflengtes van langer dan 760 nanometer.

Een deel van deze infraroodstraling, die ook uit het heelal op de aarde af komt, weten astronomen inmiddels met instrumenten te ‘vangen’. Zo maakt de James Webb ruimtetelescoop met het deels Nederlandse instrument MIRI prachtige plaatjes van sterren en planeten in het mid-infrarood. Maar niet álle infraroodstraling is zichtbaar voor dé ruimtetelscoop van dit moment.

Een notoir lastig vast te leggen deel bestaat uit golflengtes van 30 tot 300 micrometer. En juist in deze golflengtes gaan grote geheimen van ons heelal schuil. ‘Dus we weten wat ons te doen staat’, zegt Baselmans: ‘We moeten de allereerste ver-infrarood detector ter wereld bouwen en die detector vervolgens lanceren naar de ruimte.’

Kip-en-ei in de ruimte
De grootste uitdaging voor ingenieur Baselmans en zijn collega’s is een klassiek kip-en-ei dilemma: ‘Een ruimtetelescoop kost ongeveer een miljard euro. Die ga je pas maken als je zeker weet dat het hart van die telescoop, in dit geval een ver-infrarood detector, goed werkt. Maar wie gaat de ontwikkeling van de allereerste ver-infrarood detector betalen, als er nog geen ruimtemissie is waar die op kan vliegen?’

‘Briljant’ noemt Baselmans daarom het Instrumentenprogramma van het NSO. Met financiële steun uit dit overheidsprogramma kan SRON de ontwikkeling van de ver-infrarood detector een paar stappen dichterbij brengen. Zodanig dichtbij, dat NASA in 2026 een exemplaar bestelt voor haar nieuwste ver-infrarood ruimtetelescoop PRIMA.

Om de Nederlandse ver-infrarood ontvanger op NASA’s PRIMA missie te krijgen, moet SRON aantonen dat de detector gebaseerd op supergeleidende nanotechnologie gebouwd kan worden en dat alle pixels werken. En daarnaast dat de detector een lancering en de extreme omstandigheden van de ruimte overleeft. Een prototype zal daarom eerst vibratietests ondergaan die een raketlancering simuleren. Daarna wordt hij extreem gekoeld in een cryostaat en vervolgens gebombardeerd met gesimuleerde ruimtestraling. ‘Dankzij de bijdrage uit het Instrumentenprogramma kunnen we al deze onderzoeken doen vóórdat NASA in 2026 definitief beslist over de PRIMA missie’, aldus Baselmans.

Een miljoen keer gevoeliger
De kans is groot dat deze ver-infraroodmissie er komt, denkt Baselmans. Want een ver-infrarood detector opent een heel nieuw onderzoeksgebied in de astronomie. ‘De James Webb ruimtetelescoop was honderd keer gevoeliger dan alles wat we tot dan toe hadden. Bij PRIMA is dat een factor één miljoen. Dit betekent dat hij objecten kan waarnemen tot enkele tientallen Kelvin’, legt Baselmans uit. ‘Ineens zie je de oudste sterrenstelsels en planeetvorming, dwars door gas en stof heen dat andere telescopen het zicht op deze sterren ontneemt.’

SRON startte de ontwikkeling van een ver-infrarood detector ruim twintig jaar geleden. Sindsdien bouwde het instituut een intensieve samenwerking op met het Jet Propulsion Laboratory (JPL) van NASA en met verschillende wetenschappers wereldwijd die niet kunnen wachten tot het instrument er is: ‘Astronomen vertellen ons dat ze nu nog niets kunnen zien in het ver-infrarood. Dan zeggen wij: daar gaan we iets voor bouwen. Het kost ons misschien twintig jaar, maar wij, het relatief kleine Nederland, wij kunnen dat – als allereerste in de hele wereld.’

Meer lezen over instrumentenprogramma's die NSO ondersteunt:
Lees snel verder in het artikel: Nederland investeert in innovatieve technologie voor ruimte-instrumenten van de toekomst
of het artikel : Kleine chip, grootse missie: op zoek naar tekenen van buitenaards leven