Hoe radiotelescopen, amateurradio en ruimtevaart samen het vroege universum zichtbaar maken

Een blik tien miljard jaar terug – met behulp van SDR, interferometrie en kennis van amateurradio

Ter voorbereiding op de afgelopen maand gedane NASA’s bemande Artemis II-missie hebben de radiotelescopen in Bochum (20 m) en Dwingeloo (25 m) in Nederland de eerste gezamenlijke waarneming van de verre quasar J2136+0041 uitgevoerd.

Beide faciliteiten functioneerden als interferometers – een methode waarbij twee ruimtelijk gescheiden antennes gesynchroniseerd worden om te functioneren als één grote virtuele telescoop met een basislijn van enkele honderden kilometers.

Dit principe staat ook bekend als Very Long Baseline Interferometry (VLBI), een techniek die een extreem hoge hoekresolutie mogelijk maakt en zelfs minuscule structuren aan de hemel zichtbaar maakt.

Deze prestatie markeert niet alleen een technisch hoogstandje, maar toont ook hoe moderne technologie en amateurradiokennis samenkomen in grensverleggend onderzoek.

Peter Gülzow DB2OS en Thomas Telkamp ​​PA8Z doen verslag van deze waarnemingen. Het volledige persbericht is te vinden op de AMSAT-DL-website.

Eén telescoop op honderden kilometers afstand van elkaar

De waarneming werd mogelijk gemaakt door een techniek die bekendstaat als Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Hierbij worden twee grote radiotelescopen, op honderden kilometers afstand van elkaar, perfect gesynchroniseerd zodat ze functioneren als één gigantische virtuele telescoop.

Door deze samenwerking ontstaat een extreem hoge resolutie—alsof men met ongekende scherpte naar de hemel kijkt. Zelfs de kleinste structuren in verre objecten worden zo zichtbaar.

Na de waarneming werden de datastromen van beide locaties nauwkeurig met elkaar vergeleken en gecombineerd. Dit proces, correlatie genoemd, vormt het hart van interferometrie: alleen wanneer timing en frequentie perfect op elkaar afgestemd zijn, ontstaat een bruikbaar interferentiesignaal dat gedetailleerde astronomische informatie onthult.

Quasars: kosmische vuurtorens

Het doelwit van deze observatie, QSO J2136+0041, behoort tot de meest energetische objecten in het universum. Quasars bevinden zich in de kern van jonge sterrenstelsels, waar supermassieve zwarte gaten enorme hoeveelheden materie opslokken. Daarbij komt een gigantische hoeveelheid energie vrij, die zelfs over miljarden lichtjaren nog detecteerbaar is.

Deze eigenschappen maken quasars ideale referentiepunten voor radioastronomie. Ze zijn helder, stabiel en—door hun enorme afstand—praktisch onbeweeglijk aan de hemel.

Radiogolven uit een tijd vóór de aarde

Wat deze meting werkelijk indrukwekkend maakt, is de tijdsdimensie. De opgevangen radiogolven zijn ongeveer tien miljard jaar geleden uitgezonden—lang voordat ons zonnestelsel bestond.

Ter vergelijking: de aarde is ongeveer 4,6 miljard jaar oud. De signalen die nu in Bochum en Dwingeloo zijn ontvangen, zijn dus meer dan twee keer zo oud als onze planeet. Ze geven een directe blik op een periode waarin het universum nog jong was en sterrenstelsels zich net begonnen te vormen.

De rol van Software Defined Radio

Een sleutelrol in dit experiment werd gespeeld door Software Defined Radio (SDR). In plaats van traditionele hardware wordt hierbij een groot deel van de signaalverwerking uitgevoerd door software.

Taken zoals filtering, frequentieomzetting en analyse gebeuren digitaal, wat een enorme flexibiliteit en precisie mogelijk maakt. Voor het detecteren van extreem zwakke signalen—zoals die van een quasar op miljarden lichtjaren afstand—zijn stabiele tijdreferenties en nauwkeurige signaalverwerking essentieel.

Deze technologie is niet alleen het domein van professionele observatoria. Ook radioamateurs gebruiken SDR in toepassingen zoals maanreflectie (EME) en zwakke-signaalcommunicatie. Het experiment onderstreept hoe dicht amateurtechnologie en professionele wetenschap inmiddels bij elkaar liggen.

Van verre quasars naar de maan

De relevantie van deze waarnemingen reikt verder dan de radioastronomie alleen. Voor toekomstige ruimtevaartmissies, zoals NASA’s Artemis II, spelen quasars een belangrijke rol.

Door hun vaste positie aan de hemel dienen ze als referentiepunten voor navigatie, kalibratie van antennes en het testen van communicatiesystemen. De inzichten uit dit soort experimenten helpen bij het ontwerpen van betrouwbare radioverbindingen in de ruimte, bijvoorbeeld rond de maan.

Een brug tussen werelden

Dit project laat zien hoe verschillende disciplines samenkomen: ruimtevaart, radioastronomie en amateurradio versterken elkaar wederzijds. Met relatief toegankelijke middelen—moderne SDR-technologie, nauwkeurige timing en internationale samenwerking—kunnen signalen worden opgevangen die ouder zijn dan de aarde zelf.

Voor radioamateurs is dat een inspirerende gedachte. De principes waarmee zij werken, zijn dezelfde als die van grootschalige wetenschappelijke missies—alleen toegepast op een andere schaal.

Toekomstperspectief

De samenwerking tussen Bochum en Dwingeloo zal verder worden uitgebreid. Met de ervaring van Dwingeloo en de technologische ontwikkelingen in Bochum ontstaan nieuwe mogelijkheden voor onderzoek, onderwijs en communicatie met ruimtevaartuigen.

Wat ooit uitsluitend het terrein was van grote observatoria, wordt steeds toegankelijker. Daarmee opent zich een nieuw speelveld voor zowel professionele wetenschappers als voor gepassioneerde amateurs.

Een blik tien miljard jaar terug

In dit experiment ontmoeten uitersten elkaar: de nieuwste digitale radiotechnologie en radiogolven uit het vroege universum. Het resultaat is meer dan een technische demonstratie—het is een bewijs van wat mogelijk is wanneer kennis, nieuwsgierigheid en samenwerking samenkomen.

Tien miljard jaar oude signalen, ontvangen met moderne middelen, herinneren ons eraan hoe diep we in het verleden kunnen kijken—en hoe ver onze technologie ons inmiddels heeft gebracht.  Het waargenomen object is allesbehalve gewoon. Quasars behoren tot de meest energierijke verschijnselen in de kosmos. Ze markeren de centra van jonge sterrenstelsels, waar een supermassief zwart gat enorme hoeveelheden materie verslindt. Dit proces geeft enorme hoeveelheden energie vrij, die als intense stralingsbronnen zelfs over miljarden lichtjaren meetbaar zijn.

De waarneming werd gedaan in de S-band, een frequentiebereik dat een centrale rol speelt in zowel ruimtecommunicatie als radioastronomie. Quasars zijn uitstekende referentiebronnen in het radiobereik – stabiel, helder en meetbaar over kosmologische afstanden.

Peter Gülzow (DB2OS)
Thomas Telkamp (PA8Z)

Bron: Ein Blick zehn Milliarden Jahre zurück – mit SDR, Interferometrie und Amateurfunk‑Know‑how

Met dank aan Ronny Plovie ON6CQ