Astronomie heeft een blinde vlek op het gebied van ver-infraroodstraling in vergelijking met de meeste andere golflengten. Een verre-infrarood-ruimtetelescoop kan zijn volledige gevoeligheid alleen benutten met een actief gekoelde spiegel bij temperaturen onder 4 Kelvin (-269 ℃). Zo'n telescoop bestaat nog niet en daarom is er wereldwijd weinig geïnvesteerd in de ontwikkeling van bijbehorende detectoren.

In 2004 besloot SRON deze cyclus te doorbreken en te investeren in de ontwikkeling van Kinetic Inductance Detectors (KID's). Nu hebben onderzoekers van SRON en TU Delft de hoogst mogelijke gevoeligheid bereikt, vergelijkbaar met het voelen van de warmte van een kaars op de maan vanaf de aarde. Hun studie verschijnt in Astronomy &Astrophysics op 6 september.

De afgelopen jaren zijn we verwend met de mooiste foto's van telescopen die werken met röntgenstraling, infrarood, radio en zichtbaar licht. Om er maar een paar te noemen:het beeld van het zwarte gat in M87, het Hubble Extreme Deep Field of de babyfoto van een planetair systeem. Maar in één golflengtegebied is de astronomie relatief blind:het verre-infrarood, vooral bij golflengten tussen 300 m en 10 μm.

De atmosfeer van de aarde blokkeert het grootste deel van deze straling voor telescopen op de grond, terwijl ruimtetelescopen vaak een zodanige temperatuur hebben dat ze hun detectoren verblinden met de verre-infraroodstraling die ze zelf uitzenden. Met zoveel ruis is er weinig prikkel om grote sommen geld te besteden aan de ontwikkeling van gevoeligere verre-infrarooddetectoren. En met een gebrek aan gevoelige detectoren, zullen regeringen geen geld toewijzen aan supergekoelde geruisloze telescopen.

Doorbraak

Begin deze eeuw besloot SRON het patroon te doorbreken en te investeren in de ontwikkeling van Kinetic Inductance Detectors (KID's). Dat besluit werpt nu zijn vruchten af. Samen met de TU Delft hebben SRON-onderzoekers de technologie bijna geperfectioneerd door deze gevoelig genoeg te maken om de permanente achtergrondstraling van het heelal te zien.

"Een nog hogere gevoeligheid zou geen zin hebben", zegt Jochem Baselmans (SRON/TU Delft). “Omdat je altijd wordt beperkt door de ruis van de achtergrondstraling van het heelal. Dus onze technologie voorziet telescopenbouwers als NASA en ESA van zo gevoelig mogelijke ver-infrarooddetectoren. We zien al twee voorstellen ingediend bij NASA voor een supergekoelde telescoop. Die zijn veel duurder dan relatief warme telescopen, maar onze KID's maken het de moeite waard."

Terahertz-kloof

KID's helpen de astronomie om de terahertz-kloof te dichten, genoemd naar de frequentie van ver-infrarood licht. Astronomen lopen nu het licht mis dat wordt geproduceerd door sterren in het verre, jonge heelal, waardoor er een leemte ontstaat in onze kennis van de evolutie van sterren. Bovendien is de terahertz-kloof een unieke kans voor avontuurlijke astronomen om in het onbekende te duiken.

"Je weet niet wat je niet weet. Het Hubble Deep Field werd gecreëerd door de Hubble-telescoop te richten op een pikzwart stuk van de hemel met schijnbaar niets erin. Daarna kwamen duizenden sterrenstelsels tevoorschijn, uit een kleiner gebied dan één procent van de volle maan", zegt Baselmans.

De gevoeligheid die de onderzoekers bereikten met hun KID's laat zich het best omschrijven met een hypothetische kaars op de maan. Stel je voor dat je op aarde staat - of net boven de atmosfeer zweeft - en je hand opsteekt om de warmte van de kaars te voelen. Lijkt het een zinloze exercitie? Niet voor een KID. Het is zelfs tien keer gevoeliger dan dat. Met een integratietijd van een seconde kan een KID slechts 3*10 ^-20 detecteren watt. + Verder verkennen

Veelbelovende verre-infrarooddetectoren beter beschermd tegen kosmische straling