Categorie: Technologie

Een Nederlands consortium van SRON, TU Delft, NOVA en Veldlaser ontvangt financiering van NSO om PRIMA’s ver-infrarood detector verder te ontwikkelen. PRIMA is een van de twee overgebleven kandidaten om geselecteerd te worden als NASA’s Probe missie. Hiervoor gaat SRON de Kinetic Inductance Detectors (KIDs) ontwikkelen voor het PRIMAger instrument. Het consortium gebruikt de financiering om hun detectoren naar een hoger niveau te tillen—in ruimtevaarttermen TRL-6.

SRON-onderzoeker Luciano Gottardi heeft een ENW-XS beurs van NWO ontvangen om duizend röntgendetectoren gelijktijdig uit te lezen met één versterker. Die nieuwe uitlezing volgt hetzelfde principe als KIDs, die al gebruikt worden om ver-infrarode en zichtbare lichtdeeltjes te detecteren.

Onderzoekers van SRON en TU Delft hebben bolometer-detectoren dertig procent gevoeliger gemaakt. Bolometers vormen het hart van terahertz-spectrometers die kleuren onderscheiden tot wel een miljoenste van hun golflengte. Dat is nodig om astrofysische processen te bestuderen zoals de geboorte van sterren en planeten uit gas- en stofwolken. De verbetering kan de tijd halveren die een ruimtetelescoop nodig heeft om een spectrum te maken.

Onderzoekers van TU Delft, SRON en LongWave Photonics LLC hebben een lichtgewicht terahertz-spectrometer gemaakt ter grootte van een centimeter. Huidige spectrometers zijn ongeveer een halve meter groot en veel zwaarder. Gewicht en afmeting spelen een grote rol omdat terahertzstraling alleen vanuit de ruimte meetbaar is. Publicatie in Laser & Photonics Reviews.

David Doelman heeft een Veni-beurs toegekend gekregen voor zijn onderzoek naar vloeibaar kristal-coronagrafen: geavanceerde optische technologie voor de volgende generatie ruimtetelescopen. Met de telescopen willen sterrenkundigen op zoek naar bewijs van vloeibaar water en leven op aardachtige planeten.

SRON-onderzoeker Pieter de Visser heeft van NWO een ENW-M1 beurs ontvangen voor de ontwikkeling van detectoren die losse lichtdeeltjes waarnemen van planeten buiten ons zonnestelsel. Planeten zenden vooral licht uit met lage energie, zoals infraroodstraling, wat extra lastig is te detecteren. De Visser ontwikkelt zijn MKID-detectoren voor infraroodgolflengtes met het oog op ESA’s kandidaatruimtemissie LIFE.

SRON-wetenschappers hebben de potentie aangetoond van Transition Edge Sensors (TES) voor de detectie van axionen. Deze hypothetische deeltjes zijn nog nooit waargenomen, mogelijk vanwege de zwakke signalen die ze produceren. Bewijs voor hun bestaan kan een verklaring opleveren voor de oorsprong van donkere materie.

Om te onderzoeken hoe sterren en planeten worden geboren, moeten we een kijkje nemen binnenin hun kraamkamers die verscholen liggen achter koude stofwolken. Ver-infraroodtelescopen zijn in staat om recht door die wolken heen te kijken. Traditioneel worden daarbij niobiumnitride bolometers gebruikt als detectoren, ondanks hun lage werktemperatuur van vier Kelvin (-269° Celsius). Nu heeft Yuner Gan (SRON/RUG), samen met een team van wetenschappers van SRON, TU Delft, Chalmers University en de RUG, een nieuw type bolometer ontwikkeld, gemaakt van magnesium diboride, met een werktemperatuur van twintig Kelvin of hoger. Dat kan een significante reductie opleveren in kosten, complexiteit, gewicht en volume van ruimte-instrumenten. Publicatie op 17 februari in Journal of Applied Physics.

Vergeleken met de meeste andere golflengtes heeft de sterrenkunde een blinde vlek op het gebied van ver-infraroodstraling. Een ver-infrarood ruimtetelescoop ondervindt ruis van zijn eigen spiegel tenzij die gekoeld is tot enkele graden boven het absolute nulpunt. Bij gebrek aan gevoelige detectoren is zo’n kostbaar observatorium nog niet gebouwd, wat de ontwikkeling van detectoren weer vertraagde. SRON besloot in 2004 om deze vicieuze cirkel te doorbreken en te investeren in de ontwikkeling van Kinetic Inductance Detectors (KIDs). Nu bereiken deze KIDs een gevoeligheid waarmee ze zelfs de achtergrondstraling van het heelal waarnemen.

SRON-onderzoeker Pieter de Visser heeft een NWO Vidi-beurs gekregen om detectietechnologie voor exoplaneten verder te ontwikkelen. De Vissers groep werkt aan Kinetic Inductance Detectors (KIDs) die in het zichtbare deel van het spectrum de kleur van individuele fotonen kunnen waarnemen. Die technologie gaan ze nu doorontwikkelen richting een instrument voor de Extremely Large Telescope (ELT).

Traditionele technieken om de structuur van het heelal in kaart te brengen zijn beperkt. Ze creëren ofwel een plat 2D-beeld, ofwel focussen op enkele details. Maar dat staat op het punt te veranderen: Akira Endo (TU Delft) heeft een ERC Consolidator Grant ontvangen voor zijn TIFUUN-project, dat 3D-kaarten zal maken van grote delen van het heelal, tot op wel tien miljard lichtjaar afstand. SRON en de TU Delft werken samen aan het TIFUUN-project.

Wetenschappers ontwikkelen supergeleidende detectoren (MKIDs) om uit het zwakke schijnsel van exoplaneten een spectrum te ontwaren. Nu zien onderzoekers van SRON en de TU Delft bij hun MKIDs een honderdmaal lagere ruis dan gedacht. Het levert een nieuw natuurkundig inzicht op: de samenhang tussen het aantal quasideeltjes en hun levensduur vervalt. Publicatie in Physical Review B. 

Detectoren die bestaan uit een combinatie van een supergeleidende hot electron bolometer (HEB) en een lokale oscillator vormen de werkpaarden van de supra-terahertzastronomie. Deze detectoren bekijken bijvoorbeeld de geboorte van sterren en de evolutie van het heelal. Tot nu toe worden voor ruimte- en ballontelescopen vooral niobiumnitride HEBs gebruikt, die op lage temperaturen van 4 Kelvin moeten werken. Onderzoekers van SRON, TU Delft, RUG en Chalmers University hebben nu met succes een HEB getest die is gemaakt van magnesium diboride, een nieuw supergeleidend materiaal waardoor de detector niet alleen méér spectrale lijnen tegelijk ziet, maar ook werkt bij hogere temperaturen, rond 20 Kelvin. Hierdoor vallen de kosten, gewicht, volume en stroomverbruik van ruimte-instrumenten lager uit. Publicatie in Applied Physics Letters.

TES-bolometers met gelijktijdige uitlezing van meerdere pixels zijn de beoogde detectietechniek voor een aantal ruimtemissies voor submillimeter en ver-infrarode golflengtes, zoals LiteBIRD en OST. Qian Wang, promovendus bij SRON en de RUG, heeft nu een simultane uitlezing ontwikkeld voor zestig TES-bolometers. Publicatie in Applied Physics Letters.

SRON-wetenschappers hebben het signaal van 37 TES-pixels tegelijkertijd uitgelezen op een resolutie van 2,2 eV voor röntgenstraling (6 keV). Het is de eerste keer dat een simultane uitlezing voldoet aan de vereisten van toekomstige ruimtetelescopen op het niveau van Athena wat betreft zowel aantal pixels als energieresolutie. In 2020 zette SRON al een wereldrecord van 1,3 eV energieresolutie voor röntgenstraling met TES, maar alleen met de uitlezing van één pixel.

SRON-wetenschappers ontwikkelen een detectietechnologie (TES) die de energie van individuele fotonen registreert, bijvoorbeeld voor röntgenstraling uit het verre heelal. Tot nu werd aangenomen dat de bedrading op de detectiechip een intrinsieke grilligheid in de nauwkeurigheid met zich meebrengt. Het onderzoeksteam heeft nu ontdekt dat er toch ruimte is voor verbetering. Publicatie in Physical Review Applied.

Wetenschappers hebben ontdekt dat elektronparen soms samenblijven als de supergeleidende toestand is opgeheven. Ze zagen dit verschijnsel in titaniumnitride tot aan tweemaal de kritische temperatuur. In conventionele supergeleiders gaan elektronparen en supergeleiding hand in hand. Ruimteonderzoekers gebruiken titaniumnitride voor het bestuderen van exoplaneten. Publicatie in Science op 29 oktober.

Wetenschappers gebruiken supergeleidende detectoren (MKIDs) om losse fotonen vanaf exoplaneten in te vangen. MKIDs monitoren continu hun eigen kinetische inductie, die afhangt van de energie van een invallend foton. SRON-onderzoekers hebben nu de spectrale resolutie meer dan verdubbeld door veel van de weggelekte energie opnieuw te vangen. Publicatie in Physical Review Applied. 

NASA’s ballonmissie GUSTO neemt eind dit jaar de Nederlandse multi-pixelcamera van SRON en TU Delft naar de rand van de ruimte. Daar gaat hij de spectraallijnen observeren van geïoniseerde atomen tussen de sterren van de Melkweg. Als extra hardwarebijdrage levert SRON een zogenoemde Fourier fasetralie. De techniek daarachter is nu gepubliceerd in Optics Express. 

Als je net zorgvuldig je telescoop hebt gericht op een zwak object aan de hemel, wil je niet dat je waardevolle signaal grotendeels verloren gaat op weg van de schotel naar de detector. Maar in het geval van ver-infraroodstraling is het niet gemakkelijk om een signaal efficiënt te transporteren. Sterker nog, het is nog een hele opgave om precies te meten hoeveel signaal er verloren gaat. Wetenschappers van SRON en TU Delft hebben nu een nieuwe, makkelijkere manier gevonden om het signaalverlies te bepalen. Ondertussen hebben ze ook een microstrip ontworpen voor het DESHIMA-2 instrument dat slechts 1 op 4.900 fotonen verliest. Publicatie in Physical Review Applied.

SRON-onderzoekers hebben vijf nieuwe soorten pixels ontworpen voor röntgentelescopen. Daarmee halen ze nu voor het eerst dezelfde energieresolutie als conventionele vierkante pixels. Het team heeft voor elk ontwerp de voor- en nadelen bepaald, afhankelijk van het doel van een ruimtemissie. Publicatie in Journal of Applied Physics.

In 2031 lanceert ESA haar nieuwe röntgentelescoop Athena. SRON speelt een grote rol in het bouwen van één van de twee instrumenten, de X-IFU spectrometer, door de camera te ontwikkelen plus de back-up detectoren. SRON-wetenschappers zijn er nu in geslaagd om detectoren te ontwikkelen voor een uitleessysteem gebaseerd op Frequency Domain Multiplexing. Ze hebben in het energiespectrum rond 6 keV een nieuw wereldrecord neergezet met een resolutie van 1,3 eV.

Ver-infraroodtelescopen mengen het binnenkomende licht uit de ruimte met hun eigen ver-infraroodlaser om de spectrale resolutie te maximaliseren. Maar de huidige beschikbare lasers kunnen geen signaal produceren met een ideale vorm—een Gaussian beam. Yuner Gan, promovendus bij SRON en RUG, heeft nu een straalreinigingsapparaat ontwikkeld dat een laserstraal omvormt tot een Gaussian beam. Publicatie in Optics Express.

SRON heeft in de loop der jaren steeds gevoeligere Transition Edge Sensors (TES) ontwikkeld voor ruimtemissies als SPICA en Athena. Een van die TES-detectorarrays, ontwikkeld als back-up röntgen-microcalorimeters voor Athena, heeft nu een cruciale rol gespeeld bij de demonstratie van een nieuwe uitleestechniek van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Japan. Deze techniek heet low-noise microwave SQUIDs multiplexed readout. De onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in Applied Physics Letters.