LOFAR

Tentstokvormige antennes door heel Europa, met Exloo als centrum, vormen een enorme radiotelescoop.

LOFAR
LOFAR

LOFAR (Low Frequency Array) is een radiotelescoop die de techniek gebruikt waarmee je met meerdere telescopen één zeer grote telescoop kunt nabootsen. LOFAR is ontworpen en gebouwd door het Nederlands instituut voor radioastronomie ASTRON, gevestigd in Dwingeloo. ASTRON beheert ook de telescoop. Het centrale LOFAR-gebied (circa 400 ha) ligt nabij de gemeente Exloo in Drenthe. Het project is ontstaan uit de ambitie van Nederlandse sterrenkundigen om het prille begin van ons heelal waar te nemen. Daarvoor is een radiotelescoop nodig die in staat is golflengtes te detecteren onder 250 MHz. LOFAR bestaat uit een netwerk van duizenden kleine antennes. In Nederland staan 38 stations verdeeld over een gebied met een diameter van 100 kilometer. Daarnaast zijn er 14 stations in Duitsland (6), Zweden (1), het Verenigd Koninkrijk (1), Frankrijk (1), Polen (3), Ierland (1) en Letland (1). In 2021 zal er een station in Italië worden gebouwd. Deze stations zijn verbonden via een zeer snel glasvezelnetwerk, gekoppeld aan een supercomputer in Groningen. Deze supercomputer combineert de data van de antennes tot een virtuele radiotelescoop met een diameter van ongeveer 2000 kilometer. LOFAR is de eerste radiotelescoop ter wereld die deze techniek op zo’n grote schaal toepast en is daarmee de grootste radiotelescoop ter wereld. 

Antennes

Om een groot frequentiebereik te meten, worden er twee verschillende soorten antennes gebruikt: de Low Band Antenna (LBA) die meet tussen 10 en 90 MHz en de High Band Antenna (HBA) die meet tussen 110 en 250 MHz. Elk LOFAR station heeft een LBA-antenneveld en ten minste één HBA-veld. De antennes meten de zwakke stroompjes die worden opgewekt bij de detectie van een lange radiogolf. 

Glasvezelnetwerk

Elk station verstuurt twee GB per seconde aan meetgegevens. Alle stations gezamenlijk produceren ongeveer 6000 Cd’s per seconde. Voor deze enorme hoeveelheid data is een supersnel netwerk nodig. Er is een 160 GBit glasvezelnetwerk aangelegd dat de data overbrengt naar het hart van de telescoop, de supercomputer. Gemeentes die hun grond beschikbaar stellen voor het plaatsen van stations en het aanleggen van netwerkkabels kunnen in ruil gebruikmaken van het snelle netwerk.

Supercomputer

De computer-uitdagingen bij het bedienen van een telescoop zoals LOFAR zijn heel groot. Afhankelijk van de waarnemingsmodus en gebruikte configuratie genereert de de telescoop een gegevensstroom van meer dan 200 gigabit per seconde, ongeveer tweeduizend keer sneller dan de gemiddelde snelheid van de internetverbinding van huishoudens.

De gegevens van een station worden ofwel rechtstreeks op schijf opgenomen of verder verwerkt met behulp van de COBALT-correlator en opgenomen op een centraal verwerkingscluster. De data wordt vervolgens gearchiveerd op een van de Long Term Archive (LTA) locaties in Nederland, Duitsland en Polen. Gebruikers kunnen hun gegevens van deze sites downloaden. Het totale gearchiveerde datavolume is tot nu toe al meer dan 45 PB, ruwweg de helft van de gegevensinhoud van alle geschreven werken die de mensheid tot nu toe heeft geproduceerd.

Toepassingen

Het onderzoek met de LOFAR telescoop richt zich op tenminste vier gebieden:

* De eerste periode na de oerknal (reïonisatieperiode), waarin waterstof geïoniseerd was en er nog geen sterrenstelsels gevormd zijn. Geïoniseerd waterstof zendt straling uit met een golflengte van 21 cm. Door de uitdijing van het heelal is deze golflengte inmiddels uitgerekt tot lange radiogolven. Doordat nu voor het eerst deze straling gemeten kan worden, wordt een schat aan informatie verkregen over hoe het heelal er in de eerste fase na de oerknal uit zag.

* In de fase na de reïonisatieperiode vormden zich sterrenstelsels. Met LOFAR kan men deze overgangsfase bestuderen en vragen beantwoorden over hoe sterrenstelsels zich precies vormen. Spelen zwarte gaten een belangrijke rol? Vormen zij de kernen van sterrenstelsels?

* Processen die plaatsvinden bij de vorming van zwarte gaten en neutronensterren. Ook pulsars, magnetars, gammaflitsen en zonnevlammen worden bestudeerd. Zonnevlammen kunnen schokgolven veroorzaken die storingen of zelfs schade kunnen toebrengen aan elektriciteitsnetwerken en satellieten. LOFAR is in staat deze uitbarstingen van materie uit de corona van de zon in een vroeg stadium te ontdekken, zodat men op tijd maatregelen kan treffen.

* Men hoopt een antwoord te vinden op de vraag waar de hoogst energetische deeltjes in kosmische straling vandaan komen. Zijn supernova’s de leveranciers, versmeltende neutronensterren, schokken tussen sterrenstelsels, gammaflitsen of magnetars?

Andere doeleinden

Het netwerk wordt niet alleen voor astronomische doeleinden gebruikt. Geofysici brengen met behulp van geluidssensoren de bodem in kaart en meten infrageluid, zeer laagfrequentie geluidsgolven in de atmosfeer. 

Links
LOFAR (Eng)