Sommige telescopen werken met zichtbaar licht, andere met radiostraling. De prachtige plaatjes van de James Webb-ruimtetelescoop zijn gemaakt met infraroodstraling. De sterrenkunde heeft nu nog één blinde vlek: ver-infraroodstraling. Om daar verandering in te brengen, heeft experimenteel astronoom Jochem Baselmans met collega’s een extreem gevoelige ver-infrarooddetector ontwikkeld.
Wat kun je zien op foto’s van een camera met een ver-infrarooddetector?
‘Met een ver-infraroodcamera kun je koude en verre objecten in het heelal in beeld brengen. Welke straling een object uitzendt, hangt namelijk af van zijn temperatuur. Als iets 5000°C is, zoals de zon, dan ligt de piek bij zichtbaar licht. De zon bekijk je dus het best met een camera voor zichtbaar licht. De kosmische achtergrondstraling, die vlak na de oerknal is uitgezonden, is -270°C. Om die te meten, heb je een microgolfstralingsdetector nodig.
Ver-infraroodstraling wordt bijvoorbeeld uitgezonden door stof en gas rondom sterren. Ook koude objecten in het verre, jonge heelal – zoals de eerste sterrenstelsels – stralen in het ver-infrarood. Als je het koude, verre en jonge universum wilt begrijpen, moet je dus naar die straling kijken.’
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Kijkt de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) niet al naar infraroodstraling?
‘De JWST kan een groot deel van de infraroodstraling meten, maar niet het ver-infrarood. Dat komt doordat zijn spiegel een dusdanige temperatuur heeft dat hij zelf ver-infrarode warmtestraling uitzendt. Die straling zou zijn eigen detectoren verblinden. Het is alsof je op een donkere nacht naar de sterren probeert te kijken terwijl iemand met een zaklamp in je ogen schijnt. Daar schiet je niets mee op; daarom heeft de JWST geen ver-infrarooddetectoren aan boord.’
Wat is er nodig om ver-infraroodstraling waar te nemen?
‘Allereerst heb je een detector nodig die ver-infraroodstraling kan meten. De halfgeleidertechnologie in de huidige telescopen, en bijvoorbeeld in de camera van je mobieltje, kan dat niet. Je hebt supergeleidertechnologie nodig. Dat is complex, omdat supergeleiders pas werken als je ze afkoelt tot een fractie van een graad boven het absolute nulpunt van -273°C. Je detector heeft dus een duur koelsysteem nodig.
Vervolgens moet je die dure supergeleidende detectoren in een satelliet stoppen, omdat de aardatmosfeer bijna alle infraroodstraling tegenhoudt. Ten slotte is er een supergekoelde telescoop nodig, waarbij de spiegel afgekoeld wordt tot een paar graden boven het absolute nulpunt om te voorkomen dat de ver-infrarooddetectoren verblind worden door de eigen warmtestraling.’
Waarom was er tot dusver nog nooit een gevoelige ver-infrarooddetector ontwikkeld?
‘Het was een soort kip-eiprobleem. Een dure, supergekoelde telescoop heeft pas nut als je een voldoende gevoelige ver-infrarooddetector hebt. En zolang telescopen zichzelf toch verblinden, willen organisaties liever geen geld en tijd steken in het ontwikkelen van zulke detectoren.
Het is ons gelukt om deze vicieuze cirkel te doorbreken. Zo konden we een krankzinnig gevoelige detector ontwikkelen. Om die gevoeligheid te beschrijven, kun je denken aan de warmte die je voelt als je je hand boven een kaars houdt. Onze detector is zo gevoelig, dat hij de warmte zou kunnen meten die je zou voelen als je een kaars op de maan plaatst en je hand net buiten de atmosfeer van de aarde omhoog houdt.’
De detector is er. Wanneer kunnen we de supergekoelde telescoop verwachten?
‘Er zijn in de VS twee groepen die werken aan een voorstel voor een supergekoelde ruimtetelescoop. Beide zijn geïnteresseerd in onze ver-infrarooddetector. Als een van deze twee telescopen door de NASA geselecteerd wordt – en alles vlekkeloos verloopt – dan zou de eerste testmissie, met onze detector aan boord, al in 2033 gelanceerd kunnen worden.’
