Ballonsterrenkunde boven Antarctica

Laauwen verblijft sinds 9 november op Antarctica en is daar om het Stratospheric Terahertz Observatory 2 (STO-2) klaar te maken voor de vlucht. STO-2 is een telescoop die onderaan een gigantische heliumballon onderzoek gaat doen naar gaswolken in onder andere de Melkweg waaruit uiteindelijk zonnestelsels zoals het onze ontstaan. De betrokken Nederlandse en Amerikaanse wetenschappers hopen beter te begrijpen hoe een grote verscheidenheid aan sterren kan ontstaan.

Samen met zijn collega Darren Hayton sleutelt Laauwen aan de gevoelige detector van STO-2. Zij moeten zorgen dat deze straks feilloos werkt als hij veertig kilometer boven het poolcontinent aan een ballon bungelt.

Het is die detector waar de Nederlandse technicus Laauwen en zijn collega’s van SRON in beeld komen. Hoewel de missie van oorsprong van NASA was, werd het Nederlandse instituut erbij gevraagd vanwege hun ervaring met extreem gevoelige detectors, zoals die van de Herschel-ruimtetelescoop. De detector van STO-2 is van Nederlandse bodem.

Het stuk van de gondel waar deze meetapparatuur zich bevindt – de cryostaat – is extreem koud. Niet vanwege de grote hoogte of het feit dat het boven Antarctica is, maar vanwege de koeling met vloeibaar helium. “Je moet het eigenlijk zien als een omgekeerde thermosfles,” zegt Laauwen, “die is bedoeld om alles zo koud mogelijk te houden. De detector heeft een temperatuur van ongeveer -269 graden Celsius. Zo minimaliseren we warmtestraling van de apparatuur, iets dat de metingen zou verstoren.”

Parachute

Het geheel hangt straks aan een met helium gevulde ballon die op de grond nog een relatief bescheiden formaat heeft. In de ijle bovenste lagen van de atmosfeer zwelt hij op tot een gevaarte van wel honderd meter in diameter.

Maar hoe laat je een ballon veilig op in de barre omstandigheden van Antarctica, terwijl daaronder een apparaat van luttele miljoenen euro bungelt? Laauwen legt uit dat de gondel in eerste instantie aan een kraan op een truck hangt. “Zo valt hij niet om en kan de ballon hem niet over het ijs slepen”, zegt hij. “Volgens de huidige planning doen we op 20 december een ‘hangtest’ voor de volledige installatie en kan de lancering in de dagen daarna plaatsvinden, mits het weer goed is.”

Eenmaal opgestegen verwachten de wetenschappers dat de ballon een keurig rondje vliegt boven het continent, net zoals de voorganger van de missie in 2012. “Dat is het mooie aan ballonmissies boven Antarctica,” zegt Laauwen, “de wind waait er in een cirkel waardoor de ballon doorgaans binnen twee weken weer ongeveer eindigt op de plek waar hij is begonnen. Dreigt STO-2 toch af te drijven richting zee dan koppelen we hem los en komt hij met een parachute naar beneden.”

Sterrenstof onder de loep

Zoals gezegd, STO-2 gaat onderzoek doen naar het ontstaan van sterren en planetenstelsels uit gaswolken die onder invloed van de zwaartekracht instorten. Het is al lang bekend dat er een cyclus is van sterren en bijbehorende planeten die ‘geboren’ worden uit gaswolken en na verloop van tijd ook weer exploderen op het moment dat de brandstof op is. Daarbij stuwen ze grote hoeveelheden materie het heelal in die vervolgens in nieuwe gaswolken terechtkomen en dienen als bouwstenen voor nieuwe sterren.

“Wat we minder goed weten is hoe de variatie in sterren ontstaan, dus waarom niet alle sterren min of meer even zwaar zijn”, zegt Floris van der Tak, bijzonder hoogleraar submillimeter-sterrenkunde van de Rijksuniversiteit Groningen en onderzoeker bij SRON. “STO-2 gaat daarom kijken naar de grootte van gaswolken, maar ook naar de temperatuur, de samenstelling en de beweging ervan. Factoren die allemaal van invloed zijn op de sterren die uiteindelijk ontstaan.”

Aan de ballon boven Antarctica gaat STO-2 het licht bestuderen afkomstig van gaswolken in onze Melkweg, maar ook in de Grote Magelhaense Wolk, een dwergsterrenstelsel in de buurt van de Melkweg. Omdat deze gaswolken te ver weg staan om er details in te kunnen ontwaren, passen Van der Tak en collega’s een truc toe. Ze kijken naar het soort licht dat de gaswolken uitzenden.

Overwinteren

“De golflengte van het licht verraadt ten eerste naar welke soort stoffen we kijken”, zegt Van der Tak. “STO-2 is gevoelig voor koolstof, stikstof en zuurstof die ons heel verschillende dingen vertellen over de gaswolk. Uit de verdeling van koolstof kunnen we een redelijke inschatting maken van de grootte van de wolk, via geïoniseerd stikstof is te achterhalen of er zich ergens in die wolk een (anders onzichtbare) ster bevindt en tot slot is via de straling van zuurstof te bepalen welke temperatuur de wolk heeft.”

De missie is extra spannend omdat het de eerste keer is dat een deel van de technieken wordt gebruikt. Het meten van zuurstof op deze manier is nog niet eerder gedaan. “Wat dat betreft is STO-2 ook echt een test om te zien of we in de toekomst misschien wel een ruimtetelescoop kunnen uitrusten met dezelfde techniek”, zegt Van der Tak die met deze missie zo’n honderd gaswolken hoopt te bestuderen.

Of hij net als Laauwen naar Antarctica had gewild voor het onderzoek? “Nou, als niet-technicus ben ik daar niet zo nuttig, maar ik zou er graag heen willen. Het is het enige continent waar ik nog niet geweest ben”, zegt hij. “Liever zou ik er een paar dagen op vakantie zijn. Of ik er zo lang zou willen zitten weet ik niet.”

Laauwen geeft toe dat hij het ook wel weer fijn vindt als hij naar huis kan, in tegenstelling tot sommige wetenschappers op Antarctica. “In de winter blijven er meestal zo’n vijftig mensen over in McMurdo”, zegt hij. “Zij zijn tien maanden afgezonderd van de rest van de wereld. Grotendeels in het donker met temperaturen die zo laag zijn dat het levensgevaarlijk is om alleen al naar buiten te gaan. Dat ‘overwinteren’ is een vak apart en vergt een bepaald karakter. Dat is niet aan mij besteed.”