Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...

Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89
LOFAR: op zoek naar de snelste deeltjes in het heelal vanaf Drentse terpen
104
Figuur 3
Links: een signaal uit een gegeven richting komt bij elke
antenne met een tijdsverschil aan. Rechts: radioafbeelding
van een kosmische straal zoals gezien door één LOFARstation.
De zwarte punt is de detectie zelf; de (veel zwakkere) grijze banden zijn verstoringen die optreden bij
interferometrie met een beperkt aantal antennes. De concentrische cirkels geven de hoogte boven de horizon aan in
stappen van 10 graden; het middelpunt is het zenit.
hiervoor digitaal te corrigeren. In de som over alle
antennes worden signalen uit deze richting nu
maximaal versterkt, terwijl voor andere richtingen
(gemiddeld) verzwakking optreedt.
Met de telescoop worden verscheidene wetenschappelijke
projecten uitgevoerd. Zo worden ‘surveys’
gemaakt die de hemel voor het eerst in dit frequentiegebied
in kaart brengen. Dit levert nieuwe
informatie op, waarmee o.a. het ontstaan van melkwegstelsels
en hun centrale zwarte gaten kunnen
worden bestudeerd. Met name wordt gezocht naar
de eerste supermassieve zwarte gaten, die zich in
het centrum van melkwegstelsels bevinden.
Een belangrijk doel is ook het bestuderen van de
vorming van de eerste sterren in het heelal. Over dit
tijdvak in de geschiedenis van het heelal, ruwweg
400 miljoen jaar na de Big Bang, is vanuit waarnemingen
weinig bekend. Het is een cruciale stap in de
evolutie van het heelal, die bestudeerd kan worden
via de 21 cm-straling van (neutraal) waterstof. Door
de roodverschuiving op deze grote afstand wordt
de frequentie ca. een factor 10 lager, waardoor de 21
cm-straling op lage radio-frequenties waargenomen
moet worden, en binnen bereik van LOFAR ligt.
Vanwege de digitale uitvoering is de telescoop
ook geschikt voor het waarnemen van zeer snelle
verschijnselen, transients, die op tijdschalen van 1
seconde tot aan 1 nanoseconde kunnen voorkomen.
Hieronder vallen o.a. pulsars en kosmische
straling. De signalen hiervan kunnen opgeslagen
en gevolgd worden tot op enkele nanoseconden
nauwkeurig - iets wat met eerdere technologie niet
mogelijk was.
Hierna volgt een beschrijving van één van de
onderzoeksgebieden van LOFAR, het waarnemen
van kosmische straling.
Onderzoek naar kosmische straling
Kosmische straling bestaat uit atoomkernen of neutrino’s
die met middelmatige tot extreem hoge
energie de atmosfeer binnenkomen.
Bij botsing met een deeltje in de atmosfeer ontstaan
nieuwe deeltjes, o.a. positron-elektron paren.
Deze botsen op hun beurt weer, en dit proces gaat
verder, zodat een cascade (’air shower’ of deeltjeslawine)
aan deeltjes ontstaat (zie fig. 4).