Nieuwe telescoop wordt de 'GOTO' voor zwaartekrachtgolf gebeurtenissen

Een nieuwe telescoop, bestaande uit twee identieke arrays aan weerszijden van de planeet, zal bronnen van zwaartekrachtsgolven opsporen.

Bij de foto: De GOTO Telescoop. Foto: STFC

De Gravitational-wave Optical Transient Observer (GOTO) zal helpen om een nieuw tijdperk van zwaartekrachtgolfwetenschap in te luiden. GOTO wordt ingezet op twee antipodale locaties (aan weerszijden van de planeet) om het hele hemelruim te bestrijken? Het zal de hemel afspeuren naar optische aanwijzingen over de gewelddadige kosmische gebeurtenissen die rimpelingen veroorzaken in het weefsel van de ruimte zelf.

GOTO begon toen de Britse University of Warwick en de Australische Monash University de kloof tussen zwaartekrachtgolfdetectoren (GW) en elektromagnetische signalen wilden dichten. De internationale samenwerking heeft 10 partners, waarvan 6 in de UK.

De primaire wetenschap van GOTO is het detecteren van het optische licht dat verband houdt met zwaartekrachtgolfgebeurtenissen. Als onderdeel van de algemene GOTO-activiteit zal de Universiteit van Manchester de nieuwe telescoop gebruiken om haar astronomen te helpen zoeken naar unieke 'spin'-pulsars, de naam voor zeer snel draaiende binaire pulsars.

Voor de zwaartekrachtgolfwetenschap moet GOTO herhaaldelijk een groot gebied van de hemel scannen, zowel om deze gebeurtenissen te vinden als ze zich voordoen, maar ook om een zeer nauwkeurige referentie op te bouwen van hoe de hemel er 'normaal' uitziet, zodat als er een tegenhanger van de zwaartekrachtgolf verschijnt, men kan zien dat die er eerder niet was. De mogelijkheden van GOTO zullen onderzoekers in staat stellen uitgebreide timelapsen van de hemel te maken, die vervolgens kunnen worden gebruikt om allerlei andere variabele bronnen op te sporen.

Professor Rene Breton van de Universiteit van Manchester, een van de GOTO-projectpartners, zegt dat de wetenschappelijke opbrengst verder gaat dan zwaartekrachtgolven. "Het 'time-lapse'-beeld (*) van de hemel dat voortdurend wordt opgebouwd, is een goudmijn om variabiliteit in andere astronomische objecten te bestuderen en te zoeken naar voorbijgaande verschijnselen die geen verband houden met zwaartekrachtgolfgebeurtenissen," zei hij.

"In ons specifieke geval zijn we op zoek naar nieuwe spinpulsars door te zoeken naar de periodieke handtekening van de verhitte ster die eromheen draait. Sommige vertonen onverwachte veranderingen en fleuren op als massa plotseling van de begeleidende ster naar de pulsar begint te stromen. We begrijpen dit gedrag niet omdat het snel optreedt (ergens tussen dagen en weken) en slechts een paar keer is waargenomen. Het hebben van "ogen" die de lucht scannen, is precies wat we denken dat ons zou kunnen helpen hun geheimen te ontdekken."

GOTO heeft £ 3,2 miljoen aan financiering ontvangen van de Science and Technology Facilities Council (STFC) om de volledige faciliteit in te zetten.

Lang verondersteld als een bijproduct van de botsing en fusie van kosmische kolossen zoals neutronensterren en zwarte gaten, werden zwaartekrachtgolven uiteindelijk in 2015 rechtstreeks gedetecteerd door het geavanceerde LIGO (Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory).

GOTO is ontworpen om deze waarnemingskloof te vullen door te zoeken naar optische signalen in het elektromagnetische spectrum die de bron van de GW zouden kunnen aangeven - snel de bron te lokaliseren en die informatie te gebruiken om een ​​vloot telescopen, satellieten en instrumenten erop te richten.

Aangezien de meeste GW-signalen de samensmelting van massieve objecten inhouden, zijn deze 'visuele' signalen extreem vluchtig en moeten ze zo snel mogelijk worden gelokaliseerd. En dat is waar GOTO om de hoek komt kijken.

Het idee is dat GOTO zal fungeren als een soort intermediair tussen LIGO, dat de aanwezigheid van een gravitatiegolf detecteert, en meer doelgerichte observatoria met meerdere golflengten die de optische bron van de gebeurtenis kunnen bestuderen.

Professor Danny Steeghs van de University of Warwick, GOTO's Principle Investigator, zei: "Er zijn over heel de wereld telescopen beschikbaar om naar de hemel te kijken wanneer zwaartekrachtgolven worden gedetecteerd, om zo meer over de bron te weten te komen. Maar omdat de zwaartekrachtsgolfdetectoren niet kunnen bepalen waar de rimpelingen vandaan komen, weten deze telescopen niet waarnaar ze moeten kijken.”

“Als de zwaartekrachtsgolfobservatoria de oren zijn die de geluiden van de gebeurtenissen oppikken, en de telescopen de ogen zijn, klaar om de gebeurtenis in alle golflengten te bekijken, dan is GOTO het stukje in het midden, dat de ogen vertelt waar ze moeten kijken .”

Na het succesvol testen van een prototypesysteem op La Palma, op de Spaanse Canarische Eilanden, wordt in het project een veel uitgebreider instrument van de tweede generatie ingezet.

Twee telescoopmontagesystemen, elk bestaande uit acht afzonderlijke telescopen van 40 cm (16 inch), zijn nu operationeel op La Palma. Samen bestrijken deze 16 telescopen een zeer groot gezichtsveld met 800 miljoen pixels over hun digitale sensoren, waardoor de array om de paar nachten de zichtbare hemel kan bestrijken.

Deze robotsystemen werken autonoom, patrouilleren continu langs de hemel, maar richten zich ook op bepaalde gebeurtenissen of regio's aan de hemel als reactie op waarschuwingen voor potentiële zwaartekrachtgolven.

Tegelijkertijd bereidt het team een ​​locatie voor bij het Siding Spring Observatory in Australië, dat hetzelfde tweevoudige, 16 telescoopsysteem zal bevatten als de installatie op La Palma.

Het plan is om beide locaties dit jaar operationeel te hebben om klaar te zijn voor de volgende waarnemingsrun van de LIGO/Virgo-zwaartekrachtgolfdetectoren in 2023.

De optische zoektocht naar zwaartekrachtgolfgebeurtenissen is de volgende stap in de evolutie van zwaartekrachtgolfastronomie. Het is al eens eerder bereikt, maar met de hulp van GOTO zou het veel gemakkelijker moeten worden.

Vertaler: Jan Vyvey
Bron: Universiteit van Manchester

(*) Time-lapse fotografie is een filmtechniek waarbij er minder beelden per tijdseenheid opgenomen worden dan de framerate bij het afspelen. Dit levert een versnelde film op, waardoor effecten zichtbaar gemaakt kunnen worden die normaal te traag zouden verlopen om waar te nemen. In dat opzicht is het het tegenovergestelde van filmen met een hogesnelheidscamera waar soms tot duizenden foto’s per seconden worden opgenomen.