Ver-infrarood detectoren voor PRIMA ondersteund door NSO Instrumentenprogramma

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 hij kan niet álle infraroodstraling zien.

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.’

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 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.

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 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.’

Dit is een bewerkte versie van een NSO-persbericht.