Radio-astronomie heeft wezenlijke bijdragen aan de astronomie geleverd. Drie van de vier Nobelprijzen die aan de astronomie zijn toegekend, waren voor radio-astronomisch werk: de ontdekking van de 3K achtergrondstraling die nog steeds één van de sterkste bewijzen voor de BIG BANG-theorie is, de ontdekking van pulsars en een zeer nauwkeurige test van de Algemene Relativiteit met behulp van een pulsar.

Het onderzoek naar radio-emissie is om meerdere redenen belangrijk:
- De natuurkundige processen die ten grondslag liggen aan radio-emissies van hemellichamen kunnen zeer verschillen van bijv. optisch licht producerende hemellichamen. Radio-emissie komt veelvuldig voor doordat snelle elektronen in een magnetisch veld bewegen.

- Ongeveer 90 % van de zichtbare materie in het heelal is waterstof, het simpelste scheikundige element. Neutraal waterstof heeft de belangrijke eigenschap dat de emissie op een zeer specifieke frequentie plaatsvindt en deze blijkt te liggen op de radioband 1.420405752 GHz, wat overeenkomt met een golflengte van 21,106114 cm, oftewel de 21 cm-band. Met de radio-telescoop kunnen wij dus het meest overvloedig voorkomende scheikundige element in het heelal bestuderen. Het bestaan van signalen op deze specifieke frequentie is voorspeld door de Nederlandse astronoom Van de Hulst tijdens de oorlog en vlak daarna werd dit bevestigd door Amerikaanse, Nederlandse en Australische astronomen.

- Radiogolven worden niet door absorptie beïnvloed. Optische golven worden geabsorbeerd door bijvoorbeeld stofwolken die tussen de sterren zweven. Een soort interstellaire mist als het ware. Radiotelescopen kunnen dwars door deze stofwolken heenkijken.

Voorbeelden van wetenschappelijke bijdragen door radio-astronomen

Jupiter

De planeet Jupiter heeft een sterk magnetische kern die ultrasnelle elektronen vangt en vasthoudt (zoals de Van Allen-zones op aarde). Terwijl de elektronen rond de magnetische veldlijnen snellen, worden radiogolven uitgezonden. Dit veroorzaakt de bijzondere kenmerken achter de schijf van de planeet, zoals de afbeelding rechts toont die verkregen is op de 21cm-band met behulp van de Very Large Array.

Hier is een indruk van de 3D-afbeelding van Jupiter die is gebaseerd op 21cm waarnemingen van de Australia Telescope Compact Array. De «rode bal» in het centrum is de planeet (die thermische emissies uitstoot), de groene schijf daaromheen geeft de stralingszones weer, synchrotrone emissie van hoge-energie elektronen die in het magnetisch veld van Jupiter bewegen. Bekijk de draaiing.

Sterren

Sterren zijn geen sterke zenders van radiogolven en onze zon vormt daar geen uitzondering op. Hoewel, door de geringe afstand kunnen wij veel emissies waarnemen, vooral in perioden van krachtige zonactiviteit.

Rechts wordt de actieve zon in een afbeelding getoond die is verkregen met de VLA op 20 cm. De heldere punten in de afbeelding komen overeen met de actieve regionen, die gewoonlijk worden geassocieerd met zonnevlekken.

Pulsars & Supernova's

Luister eens naar drie verschillende pulsars:

• een hele snelle die 660 keer per seconde rond zijn as draait cond
• een langzame die maar 11 keer per seconde om zijn as draait
• een "hele langzame" pulsar die met een 'slakkengang' van 'slechts' 1,4 keer per seconde om zijn as draait. De buitenste lagen gas, die door de supernova-explosie worden weggeblazen, produceren radio- en andere emissies.

Radio-afbeeldingen met een hele hoge resolutie van de supernova 1993J die in verschillende tijdsperioden na de explosie zijn gemaakt. De afwerping van de gas-schil spreekt heel duidelijk uit deze afbeeldingen. De jonge supernova blijft gedurende vele jaren na de explosie groeien.

Cassiopeia A, de overblijfselen van een supernova-gebeurtenis. Hiervan was Flamsteed in 1680 wellicht getuige (een VLA-afbeelding op 6 cm).

De Melkweg en andere melkwegstelsels

Dankzij de 21 cm-lijn van neutraal waterstofgas hebben radio-astronomen een heel krachtig hulpmiddel in handen om de bewegingen van gas in ons Melkwegstelsel en andere melkwegstelsels te bestuderen. Dit is erg belangrijk, omdat hiermee de verspreiding van massa op een onafhankelijke manier kan worden gemeten. Het blijkt dat de massa's die op deze manier worden bepaald veel groter zijn dan de massa's gebaseerd op het aantal sterren en de hoeveelheden gas die in melkwegstelsels zichtbaar zijn. Anders gezegd: er is veel meer materie in melkwegstelsels dan wij direct kunnen zien (de zogeheten donkere materie).

Waar deze donkere materie uit bestaat, is één van de belangrijkste vragen binnen de astronomie. Het neutrale waterstofgas geeft een compleet ander beeld van een melkwegstelsel dan dat van de sterren en dus voegt de informatie over het gas veel toe aan de informatie die wordt verkregen via optische telescopen. Kijk maar eens naar de afbeelding. De kleur geel geeft de sterren in het melkwegstelsel NGC 5055 weer, terwijl de kleur blauw de verspreiding van neutraal gas weergeeft. Klik op plaatje voor grotere versie.

Radiomelkwegstelsels

Sommige melkwegstelsels produceren een enorme hoeveelheid energie op radio-frequenties. Deze energie kan duizendmaal groter zijn dan de energie van alle sterren in de melkwegstelsels samen.

Astronomen denken dat het 'zwarte gat' in het centrum van deze speciale melkwegstelsels, z.g. 'radiomelkwegstelsels', die enorme energie produceert. In dit gebied worden snelle elektronen en magnetische velden geproduceerd en daarna 'gelanceerd'. Zo kunnen zij enorme afstanden vanaf de kern bereiken. De radiostraling kan daarom heel erg uitgestrekt zijn (net zo uitgestrekt als het gebied waarin deze snelle elektronen zich bevinden).

Hier is een radiomelkwegstelsel dat is waargenomen met de VLA.
(Radiomelkwegstelsel 3C296 ©NRAO/AUI 1999)
Het rode gebied geeft de radio-emissie weer, terwijl het lichtblauwe gebied de optische emissie toont (oftewel de emissie van de sterren). Het maakt duidelijk dat de radio-emissie veel uitgestrekter is en een compleet andere vorm oftewel 'morfologie' heeft dan de optische emissie.

Sommige radiomelkwegstelsel zijn enorm groot. Het duurt vele miljoenen jaren voordat een elektron die met bijna de snelheid van het licht reist de afstand vanaf de kern tot aan het buitenste gebied overbrugt. Dit is bijvoorbeeld het geval in het radiomelkwegstelsel DA240 dat is waargenomen met de WSRT en in de afbeelding rechts wordt getoond.

Deze afbeelding laat een van de gigantische dubbel-dubbel radiomelkwegstelsels zien. De afbeelding uiterst links toont een hemelgebied van ongeveer twee keer de omvang van de volle maan, op radiogolflengten waargenomen door de Westerbork telescopen. De uitgestrekte bron in het midden bestaat nader beschouwd uit vier heldere gedeelten (middelste afbeelding, een waarneming van de Very Large Array radiotelescoop in de Verenigde Staten). De gedeelten aan de buitenste rand zijn een 'normaal' paar radiolobben die een afstand van ruwweg vijf miljoen lichtjaar overspannen. De binnenste gedeelten, indien nog beter bekeken, (in de uiterst rechtse afbeelding van de Very Large Array) lijken inderdaad wel bijzonder veel op de buitenste radiolobben. Zij vormen duidelijk een apart paar radiolobben, die kleiner zijn dan het buitenste paar radiolobben en dit komt hoogstwaarschijnlijk door een korte stop van de twee jets. De bron in het midden is de zogeheten radiokern, maar deze is te klein om details te kunnen tonen. Dit is de plek van de geboorte van de twee jets en derhalve de locatie van het centrale zwarte gat. 

Satellieten

Signalen op radiogolflengten worden natuurlijk ook afgegeven door instrumenten die door de mens zelf zijn gemaakt. Daarom zijn radiotelescopen ook gebruikt om satellieten te volgen en de informatie en afbeeldingen daarvan te ontvangen. De Parkes-radiotelescoop bijvoorbeeld ontving de tv-beelden van de Apollo 11 toen Neil Armstrong als eerste mens zijn stappen op de maan zette.

Others

• Meer recent heeft NASA de WSRT verzocht om de vermiste Mars Polar Lander op te sporen (zie afb.). Een uiterst gevoelig instrument als de WSRT was nodig omdat het waarschijnlijk was dat slechts één van de zenders aan boord van de Mars Polar Lander (namelijk de zender die met de Mars Global Surveyor moest communiceren) nog in staat was om te zenden.

• De extreemste zoektocht met radiotelescopen naar 'menselijke' signalen is het z.g. SETI-project ( "Search for Extraterrestrial Intelligence"). De eigenschappen van radio-emissies van instrumentatie van menselijke oorsprong (of die van buitenaardse wezens) verschillen duidelijk van die van astronomische objecten en radiogolven zijn daardoor heel geschikt om het verschil tussen die twee te kunnen vaststellen. Het SETI-project zoekt nu naar gebieden rondom duizend nabijgelegen zonachtige sterren en heeft gebruik gemaakt van veel antennes die tot de grootste ter wereld behoren.

Ga verder: Links