Durham, Toronto en Princeton Universities werken samen met NASA en het Canadian Space Agency om een ​​nieuw soort astronomische telescoop te bouwen. SuperBIT vliegt boven 99,5% van de aardatmosfeer, gedragen door een heliumballon zo groot als een voetbalstadion. De telescoop zal in april zijn operationele debuut maken en wanneer hij wordt ingezet, moet hij beelden met een hoge resolutie krijgen die wedijveren met die van de Hubble-ruimtetelescoop. Mohammed Shaaban, een doctoraat student aan de Universiteit van Toronto, beschrijft SuperBIT vandaag (woensdag 21 juli) tijdens de online RAS National Astronomy Meeting (NAM 2021).

Licht van een ver sterrenstelsel kan miljarden jaren reizen om onze telescopen te bereiken. In de laatste fractie van een seconde, het licht moet door de werveling van de aarde gaan, turbulente sfeer. Onze kijk op het universum wordt wazig. Observatoria op de grond zijn gebouwd op locaties op grote hoogte om een ​​deel hiervan te overwinnen, maar tot nu toe ontsnapt alleen het plaatsen van een telescoop in de ruimte aan het effect van de atmosfeer.

De Superpressure Balloon-borne Imaging Telescope (of SuperBIT) heeft een spiegel met een diameter van 0,5 meter en wordt naar een hoogte van 40 km gedragen door een heliumballon met een volume van 532, 000 kubieke meter, ongeveer zo groot als een voetbalstadion.

De laatste testvlucht in 2019 toonde buitengewone stabiliteit bij het richten, met een variatie van minder dan zesendertigduizendste van een graad gedurende meer dan een uur. Dit zou een telescoop in staat moeten stellen om even scherpe beelden te maken als die van de Hubble-ruimtetelescoop.

Niemand heeft dit eerder gedaan, niet alleen omdat het buitengewoon moeilijk is, maar ook omdat ballonnen maar een paar nachten in de lucht konden blijven:te kort voor een ambitieus experiment. Echter, NASA heeft onlangs 'superdruk'-ballonnen ontwikkeld die maandenlang helium kunnen bevatten. SuperBIT is gepland om te lanceren op de volgende lange ballon, uit Wanaka, Nieuw-Zeeland, in april. Gedragen door seizoensstabiele winden, het zal verschillende keren rond de aarde reizen - de hele nacht de lucht in beeld brengend, vervolgens met behulp van zonnepanelen om overdag de batterijen op te laden.

Met een budget voor de bouw en exploitatie van de eerste telescoop van US $ 5 miljoen (£ 3,62 miljoen), SuperBIT kost bijna 1000 keer minder dan een vergelijkbare satelliet. Ballonnen zijn niet alleen goedkoper dan raketbrandstof, maar de mogelijkheid om de lading naar de aarde terug te brengen en opnieuw te lanceren, betekent dat het ontwerp tijdens verschillende testvluchten is aangepast en verbeterd. Satellieten moeten de eerste keer werken, hebben dus doorgaans (fenomenaal dure) redundantie, en tien jaar oude technologie die door de vorige missie in de ruimte moest worden gekwalificeerd. Moderne digitale camera's worden elk jaar beter, dus kocht het ontwikkelingsteam een ​​paar weken voor de lancering de geavanceerde camera voor de laatste testvlucht van SuperBIT. Deze ruimtetelescoop kan nog steeds worden geüpgraded, of nieuwe instrumenten hebben op elke toekomstige vlucht.

Op langere termijn, de Hubble-ruimtetelescoop zal niet opnieuw worden gerepareerd wanneer deze onvermijdelijk faalt. Daarna 20 jaar lang ESA/NASA-missies zullen alleen beeldvorming mogelijk maken op infrarode golflengten (zoals de James Webb Space Telescope die dit najaar wordt gelanceerd), of een enkele optische band (zoals het Euclid-observatorium dat volgend jaar wordt gelanceerd).

Tegen die tijd zal SuperBIT de enige faciliteit ter wereld zijn die in staat is tot meerkleurige optische en ultraviolette waarnemingen met hoge resolutie. Het team heeft al geld om een ​​upgrade te ontwerpen van SuperBIT's telescoop met een opening van 0,5 meter naar 1,5 meter (het maximale draagvermogen van de ballon is een telescoop met een spiegel van ongeveer 2 meter breed). Vertienvoudiging van lichtverzamelende kracht, gecombineerd met zijn bredere hoeklens en meer megapixels, zal dit grotere instrument nog beter maken dan Hubble. De goedkope prijs maakt het zelfs mogelijk om een ​​vloot van ruimtetelescopen te hebben die tijd bieden aan astronomen over de hele wereld.

"Nieuwe ballontechnologie maakt ruimtebezoek goedkoop, eenvoudig, en milieuvriendelijk, " zei Shaaban. "SuperBIT kan voortdurend opnieuw worden geconfigureerd en geüpgraded, maar zijn eerste missie zal kijken naar de grootste deeltjesversnellers in het heelal:botsingen tussen clusters van sterrenstelsels."

Het wetenschappelijke doel voor de vlucht van 2022 is het meten van de eigenschappen van donkere materiedeeltjes. Hoewel donkere materie onzichtbaar is, astronomen brengen in kaart hoe het lichtstralen buigt, een techniek die bekend staat als zwaartekrachtlensing. SuperBIT gaat testen of donkere materie vertraagt ​​tijdens botsingen. Geen enkele deeltjesversneller op aarde kan donkere materie versnellen, maar dit is een sleutelhandtekening die wordt voorspeld door theorieën die recente waarnemingen van vreemd gedragende muonen zouden kunnen verklaren.

"Holbewoners kunnen rotsen tegen elkaar slaan, om te zien waar ze van gemaakt zijn, " voegde Prof. Richard Massey van Durham University toe. "SuperBIT is op zoek naar het kraken van donkere materie. Het is hetzelfde experiment, je hebt alleen een ruimtetelescoop nodig om het te zien."