Hoe radiogolven ons helpen het universum te begrijpen

Mensen nemen het universum waar met zichtbaar licht dat we met onze ogen kunnen zien. Maar er is meer in de kosmos dan wat we zien met het zichtbare licht dat van sterren, planeten, nevels en sterrenstelsels stroomt. Deze objecten en gebeurtenissen in het heelal geven ook andere vormen van straling af, waaronder radio-emissies. Die natuurlijke signalen vullen een belangrijk deel van het kosmische van hoe en waarom objecten in het universum zich gedragen zoals ze zich gedragen.

Radiogolven zijn elektromagnetische golven (licht), maar we kunnen ze niet zien. Ze hebben golflengten tussen 1 millimeter (duizendste meter) en 100 kilometer (één kilometer is gelijk aan duizend meter). In frequentie komt dit overeen met 300 Gigahertz (één Gigahertz is gelijk aan één miljard Hertz) en 3 kilohertz. Een Hertz (afgekort als Hz) is een veelgebruikte eenheid voor frequentiemeting. Eén Hertz is gelijk aan één frequentiecyclus. Een signaal van 1 Hz is dus één cyclus per seconde. De meeste kosmische objecten zenden honderden tot miljarden cycli per seconde uit.

Mensen verwarren "radio" -emissies vaak met iets dat mensen kunnen horen. Dat komt grotendeels omdat we radio's gebruiken voor communicatie en entertainment. Maar mensen 'horen' geen radiofrequenties van kosmische objecten. Onze oren kunnen frequenties van 20 Hz tot 16.000 Hz (16 KHz) waarnemen. De meeste kosmische objecten zenden uit bij Megahertz-frequenties, wat veel hoger is dan het oor hoort. Daarom wordt vaak gedacht dat radioastronomie (samen met röntgenstraling, ultraviolet en infrarood) een 'onzichtbaar' universum onthult dat we niet kunnen zien of horen.

Radiogolven worden meestal uitgezonden door energetische objecten en activiteiten in het universum. De Zon is de dichtstbijzijnde bron van radio-emissies buiten de aarde. Jupiter zendt ook radiogolven uit, evenals gebeurtenissen die zich in Saturnus voordoen.

Een van de krachtigste bronnen van radio-emissie buiten het zonnestelsel en buiten de Melkweg komt vandaan actieve sterrenstelsels (AGN). Deze dynamische objecten worden aangedreven door superzware zwarte gaten op hun kernen. Bovendien zullen deze motoren met zwarte gaten enorme materiaalstralen creëren die helder gloeien met radio-emissies. Deze kunnen vaak het hele sterrenstelsel overtreffen in radiofrequenties.

Pulsarsof roterende neutronensterren zijn ook sterke bronnen van radiogolven. Deze sterke, compacte objecten ontstaan ​​wanneer massieve sterren sterven supernovae. Ze staan ​​op de tweede plaats na zwarte gaten in termen van ultieme dichtheid. Met krachtige magnetische velden en hoge rotatiesnelheden stralen deze objecten een breed spectrum uit straling, en ze zijn bijzonder "helder" in radio. Net als superzware zwarte gaten worden krachtige radiojets gecreëerd die uit de magnetische polen of de draaiende neutronenster komen.

Veel pulsars worden vanwege hun sterke radio-emissie "radiopulsars" genoemd. In feite zijn de gegevens van de Fermi Gamma-ray ruimtetelescoop vertoonde bewijs van een nieuw soort pulsars dat het sterkst lijkt in gammastraling in plaats van de meer gebruikelijke radio. Het proces van hun creatie blijft hetzelfde, maar hun emissies vertellen ons meer over de energie die bij elk type object betrokken is.

Supernova-restanten zelf kunnen bijzonder sterke zenders van radiogolven zijn. De Krabnevel staat bekend om zijn radiosignalen die waarschuwde astronoom Jocelyn Bell tot zijn bestaan.

Radioastronomie is de studie van objecten en processen in de ruimte die radiofrequenties uitzenden. Elke tot nu toe gedetecteerde bron is een natuurlijke bron. De emissies worden hier op aarde opgevangen door radiotelescopen. Dit zijn grote instrumenten, aangezien het nodig is dat het detectorgebied groter is dan de detecteerbare golflengten. Omdat radiogolven groter kunnen zijn dan een meter (soms veel groter), zijn de scopes meestal meer dan enkele meters (soms 30 voet breed of meer). Sommige golflengten kunnen zo groot zijn als een berg en daarom hebben astronomen uitgebreide reeksen radiotelescopen gebouwd.

Hoe groter het verzamelgebied is, vergeleken met de golfgrootte, hoe beter de hoekresolutie van een radiotelescoop. (Hoekresolutie is een maat voor hoe dicht twee kleine objecten kunnen zijn voordat ze niet te onderscheiden zijn.)

Omdat radiogolven zeer lange golflengten kunnen hebben, moeten standaard radiotelescopen erg groot zijn om enige vorm van precisie te verkrijgen. Maar aangezien het bouwen van radiotelescopen in stadionformaat onbetaalbaar kan zijn (vooral als u dat wilt) om enige stuurcapaciteit te hebben), is een andere techniek nodig om het gewenste te bereiken resultaten.

Radio-interferometrie, halverwege de jaren veertig ontwikkeld, heeft tot doel het soort hoekresolutie te bereiken dat uit ongelooflijk grote schalen zou komen zonder de kosten. Astronomen bereiken dit door meerdere detectoren parallel aan elkaar te gebruiken. Elk onderzoekt hetzelfde object tegelijk met de andere.

Door samen te werken, werken deze telescopen effectief als één gigantische telescoop ter grootte van de hele groep detectoren samen. De Very Large Baseline Array heeft bijvoorbeeld detectoren 8000 mijl van elkaar verwijderd. Idealiter zou een reeks van vele radiotelescopen op verschillende scheidingsafstanden samenwerken om de effectieve grootte van het verzamelgebied te optimaliseren en de resolutie van het instrument te verbeteren.

Met de creatie van geavanceerde communicatie- en timingtechnologieën is het mogelijk geworden om telescopen te gebruiken bestaan ​​op grote afstanden van elkaar (van verschillende punten over de hele wereld en zelfs in een baan rond de aarde). Bekend als Very Long Baseline Interferometry (VLBI), verbetert deze techniek de mogelijkheden van individuele radiotelescopen en stelt onderzoekers in staat enkele van de meest dynamische te onderzoeken objecten in de universum.

De radiogolfband overlapt ook met de microgolfband (1 millimeter tot 1 meter). In feite, wat gewoonlijk wordt genoemd radioastronomie, is eigenlijk microgolfastronomie, hoewel sommige radio-instrumenten golflengten ver boven 1 meter detecteren.

Dit is een bron van verwarring, aangezien sommige publicaties de microgolfband en radiobanden afzonderlijk vermelden, terwijl anderen gewoon de term "radio" zullen gebruiken om zowel de klassieke radioband als de magnetron te omvatten band.

Bewerkt en bijgewerkt door Carolyn Collins Petersen.