NSF hernieuwt financiering om detectie van zwaartekrachtsgolven te ondersteunen

De National Science Foundation heeft haar steun aan het Noord-Amerikaanse Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) Physics Frontiers Center - een samenwerking van wetenschappers die werken aan het detecteren en bestuderen van zeer laagfrequente zwaartekrachtsgolven - hernieuwd met een vijfjarige subsidie van 17 miljoen $. Het Vanderbilt-knooppunt van het NANOGrav NSF Physics Frontier Center wordt geleid door Stephen R. Taylor, assistent-professor natuurkunde en astronomie.

De financiering zal het werk van Taylor en zijn groep promovendi en postdoctorale wetenschappers rechtstreeks ondersteunen, aangezien zij leiding geven aan de ontwikkeling van nieuwe methoden en technieken om te zoeken naar de ongrijpbare signatuur van de zwaartekrachtgolfachtergrond, individuele zwaartekrachtgolfsignalen en andere exotische verschijnselen.

Bij de foto: NANOGrav Pulsar-timing (Tonia Klein/NANOGrav).

NANOGrav-onderzoekers bij Vanderbilt zijn ook assistent-hoogleraar astronomie en natuurkunde Jessie Runnoe, postdoctorale fellows Nihan Pol en Maria Charisi, afgestudeerde studenten William Lamb en Natasha McMann, en niet-gegradueerde onderzoekers Qiaohong Wang, Katharine Cella en Alexander Douglas.

"Het is een enorm opwindende tijd om op dit gebied werkzaam te zijn en aan de frontlinie te staan van de volgende grote doorbraak in de astronomie van zwaartekrachtgolven," zei Taylor. “Deze NSF-financiering in de komende vijf jaar en het werk van mijn groep bij Vanderbilt zullen ons in staat stellen een enorme hoeveelheid astrofysische informatie te ontginnen uit onze datasets, die voortdurend worden verbeterd. Het is zeer waarschijnlijk dat onze grote doorbraakdetectie voor de deur staat.”

Volgens een publicatie zijn de laagfrequente zwaartekrachtgolfdetectoren van NANOGrav millisecondenpulsars - snel ronddraaiende, superdichte overblijfselen van massieve sterren die als supernova's zijn geëxplodeerd. Deze ultrastabiele sterren zijn de meest nauwkeurige hemelklokken van de natuur en lijken te "tikken" telkens wanneer hun gestraalde emissies langs de aarde vegen, zoals het baken op een vuurtoren. Kleine maar waarneembare fluctuaties in de aankomsttijden van deze radiopulsen op aarde - gemeten in slechts nanoseconden gedurende 10 of meer jaar - stellen wetenschappers in staat om de zwaartekrachtsgolven te detecteren.

"De NANOGrav Physics Frontiers Center heeft de afgelopen vijf jaar aanzienlijke vooruitgang geboekt en blijft op de grens van fundamenteel natuurkundig onderzoek", zegt Jim Shank, programmadirecteur van het Physics Frontiers Center-programma van NSF. "Het centrum lijkt nu dicht bij een baanbrekende ontdekking in zwaartekrachtsgolven en de manier waarop we het universum waarnemen."

NSF ondersteunt momenteel 11 PFC's, variërend in onderzoeksgebieden van theoretische biologische fysica en de fysica van levende cellen tot kwantuminformatie en nucleaire astrofysica. Door astronomen en natuurkundigen uit de hele Verenigde Staten en Canada samen te brengen om te zoeken naar de veelbetekenende handtekening van zwaartekrachtgolven, begraven in het ongelooflijk gestage tikken van verre pulsars, zal de NANOGrav PFC de missie bevorderen om "onderzoek aan de intellectuele grenzen van de natuurkunde te bevorderen" en om "transformerende vooruitgang mogelijk te maken in de meest veelbelovende onderzoeksgebieden."

Het vijfjarige programma van NANOGrav zal gebruik maken van de unieke mogelijkheden en gevoeligheid van de Green Bank Telescope (*) in Green Bank, West Virginia. De GBT bevindt zich in de National Radio Quiet Zone, die de ongelooflijk gevoelige telescoop beschermt tegen ongewenste radio-interferentie, waardoor deze pulsars en andere astronomische objecten kan bestuderen. Het maakt ook gebruik van gegevens van de Very Large Array in New Mexico en het Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment. Daarnaast zal NANOGrav gebruikmaken van oude Arecibo Observatory-gegevens die als basis zullen dienen voor gecombineerde toekomstige datasets. De GBT, VLA en Arecibo (**) worden allemaal gefinancierd door de National Science Foundation. NANOGrav is ook lid van de International Pulsar Timing Array-samenwerking, die tot doel heeft gegevens van telescopen in Noord-Amerika, Europa, Zuid-Afrika, India en China te combineren om de meest gevoelige pulsar-timing-dataset ter wereld te vormen.

Auteur: Jan Vyvey
Bron: Vanderbilt University

(*) De Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) is een radiotelescoop in Green Bank in West Virginia in de Verenigde Staten. Met een afmeting van 100 × 110 meter is het de grootste volledig beweegbare radiotelescoop van de wereld. De telescoop maakte tot en met september 2016 deel uit van het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) en wordt sinds die datum door een zelfstandige organisatie beheerd. De telescoop is genoemd naar de voormalige senator Robert Byrd van West Virginia die meegewerkt heeft aan de bekostiging van de bouw ervan door het Amerikaans Congres.

De Green Bank Telescope doet metingen van hemellichamen bij frequenties tussen 0,3 en 100 GHz (golflengte 10 cm - 3 mm) waarbij het meetprogramma aangepast wordt aan het weer omdat straling bij korte golflengten veel sterker geabsorbeerd wordt door waterdamp in de aardatmosfeer dan straling van langere golflengten.

De huidige telescoop, in gebruik genomen in het jaar 2000, is de opvolger van een oudere radiotelescoop van 90 meter (300 voet) die gebouwd was in 1962 en op 15 november 1988 was ingestort door de breuk van een schetsplaat.

De telescoop bevindt zich in de National Radio Quiet Zone, een gebied waar uitzending van alle radiostraling wordt beperkt wegens hun storingen van waarnemingen met deze telescoop en van metingen in Sugar Grove Station, een waarneemstation van de National Security Agency. Zonder deze Zone zou het niet mogelijk zijn de zwakke signalen uit het heelal te meten. NRAO grenst aan het National Forest in West Virginia en storende signalen worden tegengehouden door het Alleghenygebergte.

Bron: Wikipedia.

(**) De Areciboradiotelescoop was een radiotelescoop in Puerto Rico, ongeveer 10 kilometer ten zuiden van de plaats Arecibo, op de noordkust van het eiland. Hij werd tot 2011 beheerd door Cornell University in samenwerking met de Amerikaanse National Science Foundation. Na schade door orkaan Maria in 2017 en het breken van twee kabels in 2020 bleek de telescoop op instorten te staan en werd in november 2020 tot ontmanteling besloten. Op dinsdag 1 december stortte het boven de schotel hangende platform met het instrumentarium ruim 100 meter naar beneden.

Bron: Wikipedia