24 augustus 2019

De PulChron klok van ESTEC in Noordwijk draait op… pulsars

Een pulsar in de schil van een supernova. Credit: ESA/XMM-Newton/ L. Oskinova/M. Guerrero; CTIO/R. Gruendl/Y.H. Chu

De Europese ruimtevaartorganisatie ESA heeft in haar onderzoekscentrum ESTEC in Noordwijk sinds kort een klok lopen, wiens tijdmeting gebaseerd is op pulsars, snel ronddraaiende neutronensterren in het heelal. Het ‘PulChron’ systeem bevindt zich in de Galileo Timing and Geodetic Validation Facility bij ESTEC en het is verbonden aan een ‘array’ van vijf grote radiotelescopen in Europa.

De Lovell radiotelescoop van Jodrell Bank in Engeland.

Met die vijf radiotelescopen1 worden continu 18 pulsars in de gaten gehouden. Die pulsars worden op de eerste plaats geobserveerd omdat ze wellicht een passerende zwaartekrachtgolf kunnen ‘verraden’, als er opeens afwijkingen in de pulsen worden gedetecteerd. Maar naast die functie als zwaartekrachtdetector kunnen de pulsars dus ook dienen als maat voor de PulChron klok. Pulsars zijn zeer compacte objecten – ruim een zonsmassa in een bolletje van pakweg 15 km doorsnede – die zeer snel ronddraaien en daarbij in twee tegenovergestelde assen straling uitzendend. Op aarde kunnen we die straling ontvangen en dat gaat met zeer regelmatige tussenperiodes.

De waterstof-maser in de pulChron klok is gebaseerd op de pulsen van die 18 pulsars. De klok staat ook in verbinding met het UTC laboratorium, dat ook bij ESTEC gehuisvest is en waar de ‘Coordinated Universal Time, UTC’ wordt bijgehouden. Op die wijze is de PulChron klok nauwkeurig tot een miljardste van een seconde.

De array van de vijf grote radiotelescopen houdt de 18 pulsars in de gaten middels de techniek van de interferometrie. Hierboven zie je een animatie hoe zo’n array werkt (deze is dan wel met meer radioantennes van die vijf, maar het principe blijft hetzelfde) en hoe ze daarmee in staat zijn grote delen van de hemel te bestrijken. Bij zo’n array maken ze gebruik van de aardrotatie, zodat de hemel zonder dat de radiotelescopen hoeven te bewegen voor de antennes langs schuift. De vele, kleine antennes zoals van LOFAR in West-Europa bijvoorbeeld kunnen helemaal niet bewegen, maar doordat ze als een array werken kunnen ze toch de gehele hemel in de gaten houden. Belangrijke factor daarbij is de ‘correlator’, de computer die er voor zorgt dat alle gegevens van de verschillende onderdelen van de array worden gesynchroniseerd.

Door te kijken naar de aankomsttijd van het signaal -in het geval van PulsChron een pulsar – kan men exact bepalen van welke lokatie aan de hemel het signaal afkomstig is. In het voorbeeld van de twee antennes hierboven zal bijvoorbeeld de aankomsttijd van het signaal rechts iets eerder zijn dan de aankomsttijd links, het verschil is τg.

Bron: ESA + Koberlein.

  1. de Westerbork Synthesis Radio Telescope in Nederland, de Effelsberg Radiotelescoop in Duitsland, de Lovell Telescoop in Engeland, de Nancay Radiotelescoop in Frankrijk en de Sardinia Radiotelescoop in Italië. []

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.