Begin jaren 2040 gaat ruimtetelescoop Habitable Worlds Observatory zoeken naar tekenen van leven in de atmosferen van planeten in de Melkweg. Maar de detectortechnologie ontbreekt nog om dat te doen met de beoogde precisie. SRON-onderzoeker Pieter de Visser ontvangt nu een ERC Consolidator beurs om dit gat in de komende vijf jaar te dichten met zijn Kinetic Inductance Detectors (KIDs).
Op dit moment zijn er ruim zesduizend planeten ontdekt in onze Melkweg. De toekomstige PLATO ruimtetelescoop gaat vanaf 2026 duizenden of zelfs tienduizenden toevoegen aan dat totaal. Ondertussen zoomen andere telescopen in op hun atmosferen, op zoek naar biomarkers—tekenen van leven. De James Webb Space Telescope is al aan die klus begonnen, en krijgt vanaf 2029 gezelschap van de Ariel ruimtetelescoop. Een decennium later neemt het Habitable Worlds Observatory (HWO) het stokje over, om vooral Aarde-achtige planeten te karakteriseren.
betere detectietechnologie
Om HWO veel gevoeliger te maken dan haar voorgangers, is er betere detectietechnologie nodig dan nu voorhanden is. Huidige detectoren op basis van halfgeleiders leveren namelijk teveel ruis en vereisen een tralie of prisma om kleuren te onderscheiden. Een onderzoeksgroep op SRON onder leiding van Pieter de Visser werkt aan Kinetic Inductance Detectors (KIDs) voor de golflengtes die planeten het meeste reflecteren: zichtbaar licht en nabij-infrarood. KIDs detecteren bijna elk individueel invallend lichtdeeltje en bepalen daarvan ook meteen de kleur. Zo kunnen ze zelfs een spectrum maken van zwakke bronnen die om de paar seconde slechts één lichtdeeltje naar onze telescopen sturen.
tienduizenden pixels
De Visser heeft nu een ERC Consolidator beurs ontvangen om de ontwikkeling van KIDs door te zetten tot een niveau dat in 2030 strookt met het HWO-schema. In ruimtevaarttermen: Technology Readiness Level 5. Dit betekent een camera met tienduizenden KIDs, en dus evenzoveel pixels. Elke KID kan dan van een nabij-infrarood lichtdeeltje de golflengte bepalen met een nauwkeurigheid van ongeveer 7 nanometer. Dat is 140 maal kleiner dan de golflengte. ‘Dit vereist een flinke stap in het begrip van de detectorfysica,’ zegt De Visser. ‘En het zal de KIDs echt tot hun fundamentele limiet dwingen. Een extra uitdaging is om de KIDs tegelijk gevoelig en efficiënt te maken, zodat ze meer dan 90% van het invallende licht detecteren.’
versterking
Met de beurs versterkt de onderzoeksgroep zich de komende vijf jaar met twee promovendi en een postdoc. Er komt bovendien ondersteuning van engineers voor de nanofabricage van de detectors en het opbouwen van de proefopstelling. Ook schaft de groep een cryogene koelkast aan die bijna het absolute nulpunt (-273 °C) haalt, tot op vijftig duizendste graad, plus de uitleeselektronica.