Werkgroep radioastronomie

Onze werkgroep radioastronomie komt regelmatig samen en werkt aan verschillende projecten. Ze hebben met hun projecten een trekkende rol in Nederland.

Onderstaand een deel van een artikel deel van een artikel dat door de radioastronomie werkgroep is geschreven en in Zenit is verschenen:

Waterstoflijn

Waterstofgas is uitbundig aanwezig in het heelal. Onder zeer bijzondere omstandigheden gaat het waterstof elektron ineens de andere kant op draaien. Daarbij geeft het een zwakke radiostraling op een specifieke radiofrequentie af. Deze frequentie is heel nauwkeurig en ligt rond 1420.405 MHz (21,1 cm). Hoewel de kans op een dergelijke ‘spin’ heel klein is, blijkt er zoveel waterstof aanwezig, dat er een continue waterstofstraling bestaat, de zgn. ‘waterstoflijn’. Die is vooral geconcentreerd in de spiraalarmen van de Melkweg. Het waterstofsignaal (aangeduid als H1) is daardoor voor sterrenwachten hét middel om de spiraalarmen in onze Melkweg zichtbaar te maken op radio golflengten.  Dit is uniek, want in het optisch bereik is dat niet mogelijk!

Het bestaan van de waterstoflijn werd eerst voorspeld en daarna ook waargenomen door Nederlanders: prof. Jan Oort c.s. Die brachten in de vijftiger jaren de Melkweg voor het eerst in kaart met de 25 meter telescoop in Dwingeloo. Sterrenwachten kunnen nu in hun voetsporen treden.

Waar Oort c.s. nog een 25 meter schotel en grote kasten met apparatuur voor nodig hadden, is nu al mogelijk met een schotel met slechts 1,50 m diameter en een ontvanger met het formaat van een memorystick!

Ook de opkomst van ‘Software Defined Radio’ (SDR) heeft hier aan bijgedragen: software neemt veel taken van de traditionele hardware over en maakt het mogelijk met een veelheid van langdurige opnamen tot diep in de ruis te ‘kijken’. Geheel in lijn met de astrofotografie maken we daarbij ook zgn. ‘lights’ en ‘darks’, waarmee de computer de ruis zoveel mogelijk uitmiddelt.

Ontvangst van het H1-signaal is hiermee in het bereik van de gemiddelde sterrenwacht gekomen en daarmee ook het samenstellen van een kaart van de Melkweg ‘van bovenaf’ gezien.
En dat terwijl we ons  toch duidelijk  binnen de Melkwegschijf bevinden! Dit gaat als volgt:

We ontvangen H1-signaal dat één of meer duidelijke sterkte-pieken vertoont. We meten de frequentieverschillen van deze pieken met de rustfrequentie van waterstof. Deze verschillen vertegenwoordigen de Doppler-effecten waarmee het H1-signaal vanuit de verschillende spiraalarmen binnenkomt. We rekenen deze Doppler-effecten vervolgens om in afstanden (in kpc)  tot het galactisch centrum of de zon, afhankelijk van  het middelpunt (0,0 kpc) van onze kaart dat we kiezen. Elke waarneming leidt tot één of meer eenduidig af te beelden punten, daar de afstanden tot het middelpunt van de kaart en de galactische lengte, te weten onze waarneemrichting, bekend zijn.

Als we langs de galactische equator op systematische wijze voldoende waarnemingen doen, kunnen we op deze manier een kaart van de Melkweg ‘van bovenaf’ maken!
Handige computer-hulpjes zetten de gekozen galactische lengte daarbij om in azimuth en elevatie waarmee we de antenne richten.

Op onze geografische breedte is het bereik van 0-240 graden galactische lengte zichtbaar.  Onze  Radiogroep heeft op elke 4 graden lengte een H1-waarneming met een duur van 1,5 minuten gedaan. Zo’n 60 waarnemingen zijn al voldoende voor een eenvoudige Melkwegkaart, waarop de spiraalstructuur langs de rode punten al duidelijk herkenbaar is.

Enkele bevindingen: de overeenstemming met de spiraalarmen met de achtergrond is al redelijk goed, maar het kan nog wel beter.  Er zijn nog vragen: waarom missen we nog delen van bepaalde armen? Hoe krijgen we een grotere nauwkeurigheid? Deze kaart moet daarom als een eerste proeve worden beschouwd die ons aanmoedigt om de apparatuur en signaalverwerking verder te verbeteren.  
Lage elevaties (kleiner dan 20 graden) maken het lastig bepaalde delen van de Melkweg in beeld te brengen doordat de antenne dan grondruis en ‘man-made noise’ oppikt. Dit doet zich voor aan het begin van de het bereik, richting het galactisch centrum (in het sterrenbeeld Boogschutter) en aan het andere uiteinde, richting 240 graden. Verbetering is mogelijk met een grotere antenne en dus met een kleinere openingshoek. Verdere verbeterpunten zijn:

  • Een beter belichtingsrendement van de schotel
  • Een (nog) lager ruisgetal van de ontvang-keten
  • Het aanvullend waarnemen op diverse galactische breedtegraden. Zo kan zelfs een 3D kaart van de Melkweg  worden gemaakt!
  • Het verder objectiveren van de sterkte-pieken in het H1-signaal d.m.v. ‘Gaussian fit’ en andere computerbewerkingen voor een grotere nauwkeurigheid van de kaart. Mogelijk zijn er ook nog betere Melkweg achtergronden te vinden.