IJskoude spiegels en supergeleidende detectoren: NASA kiest PRIMA-telescoop met Nederlandse technologie

NASA heeft de ver-infrarood ruimtemissie PRIMA geselecteerd als beste kandidaat binnen zijn zogenoemde Probe-programma. De geplande ruimtetelescoop moet vanaf 2033 onder meer de vorming van de eerste sterrenstelsels onderzoeken. Nederlandse technologie speelt daarbij een belangrijke rol: SRON, TU Delft en de Rijksuniversiteit Groningen zijn beoogde leveranciers van onderdelen voor het PRIMAger-instrument.

PRIMA, of PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics, wordt ontworpen om het heelal waar te nemen in het ver-infrarood. Dat golflengtegebied is interessant omdat infraroodstraling door stofwolken kan dringen die sterren en jonge sterrenstelsels aan het zicht onttrekken. Astronomen willen daarmee onder meer onderzoeken hoe sterrenstelsels en superzware zwarte gaten zich gezamenlijk ontwikkelen en hoe planeten en hun atmosferen ontstaan.

Coole spiegel

Een belangrijk technisch kenmerk is de extreem lage bedrijfstemperatuur. PRIMA moet de eerste ruimtetelescoop worden met een ‘actief gekoelde spiegel’, die op ongeveer 4,5 kelvin (-268,7 °C) wordt gehouden. Dat is noodzakelijk omdat objecten zelf infraroodstraling uitzenden zodra ze warmte bevatten. Bij een warmere telescoop zou de eigen warmtestraling zodoende de zeer zwakke signalen uit het heelal gedeeltelijk overstemmen.

Door de spiegel sterk af te koelen, wordt die achtergrondruis drastisch beperkt. In combinatie met zeer gevoelige detectoren moet PRIMA daardoor bronnen kunnen waarnemen die duizenden malen zwakker zijn dan met eerdere ver-infraroodmissies. Volgens SRON (Space Research Organisation Netherlands) kan de benodigde observatietijd, afhankelijk van de meting, ‘duizend tot honderdduizend keer korter worden’.

Nederlandse detectoren

Voor het PRIMAger-instrument zijn detectoren in beeld die zijn ontwikkeld door SRON en TU Delft. Het gaat om zogeheten Kinetic Inductance Detectors (KIDs). Deze supergeleidende detectoren zijn zo gevoelig dat ze uiterst kleine hoeveelheden stralingsenergie kunnen registreren, tot op het niveau van de natuurlijke achtergrondstraling uit het heelal. SRON en TU Delft zijn de voornaamste kandidaten om de detectiesystemen, de bijbehorende behuizing en de thermische isolatie van PRIMAger te leveren. De technologie moet de camera in staat stellen om onder andere zeer vroege sterrenstelsels zichtbaar te maken.

Ook de Rijksuniversiteit Groningen is bij de Nederlandse bijdrage betrokken. SRON en de RUG werken aan een Linear Variable Filter (LVF) voor PRIMAger. Dit filter laat afhankelijk van de positie verschillende golflengten infraroodlicht door. Daarmee ontstaat een compacte manier om kleur- of spectrale informatie te verzamelen, zonder een traditioneel prisma of tralie te gebruiken. Dat bespaart volume en gewicht, belangrijke eigenschappen voor ruimte-instrumentatie.

Volgens de huidige planning wordt PRIMA in 2033 gelanceerd en naar het Lagrangepunt L2 gestuurd, dat zich op ongeveer 1,5 miljoen kilometer van de aarde bevindt. Ook ruimtetelescopen als James Webb opereren in deze omgeving, waar een telescoop relatief stabiele omstandigheden heeft voor gevoelige astronomische waarnemingen.