De 100 meter radiotelescoop
in Effelsberg, Duitsland.
Als een van de grootste telescopen op aarde,
is hij in staat radiogolven te ontvangen die biljoenen jaren
hebben gereisd vanaf de verste quasars en melkwegstelsels.
Hoe groter het oppervlak van een telescoop,
hoe gevoeliger hij is voor signalen uit de ruimte,
zodat zwakkere bronnen waargenomen kunnen worden.
Een grotere telescoop geeft ook scherpere beelden
met een hoger oplossend vermogen.
"Natuurlijk is er een limiet aan hoe groot
we een telescoop kunnen bouwen.
Maar gelukkig hebben we daar een truc voor,
genaamd interferometrie."
Door interferometrie te gebruiken, vormen meerdere
telescopen samen een enkele, grotere, telescoop.
Ze nemen op hetzelfde moment allen hetzelfde gebied
aan de hemel waar en nemen dit op.
De opnames worden naar een supercomputer gestuurd,
een zogenaamde correlator.
De correlator synchroniseert de gegevens voor elk mogelijk
paar telescopen en combineert deze tot een enkel beeld.
Interferometrie kan ook gedaan worden op een schaal van duizenden kilometers.
Dit heet Very Long Baseline Interferometry, of VLBI.
Het Europese VLBI Netwerk is een samenwerking
tussen vooraanstaande radiosterrenkundige instituten
in Europa, Azië en Afrika.
Met toegang tot 27 telescopen in 13 landen
kan het EVN een telescoop nabootsen van maximaal 10.000 km
in doorsnee - bijna even groot als het oppervlak van de aarde.
Met zoveel stations op zulke grote afstanden kan het EVN
beelden produceren met een hoger oplossend vermogen
dan de beste optische telescopen.
"VLBI geeft ons een fantastisch oplossend vermogen.
Deze is zelfs zo goed dat wij in sterrenkundige objecten
dingen kunnen zien bewegen. Dit is iets dat bijna onmogelijk
is met om het even welke andere techniek."
Net als met kleinere interferometrische opstellingen
worden VLBI gegevens verzonden van de telescopen naar een correlator.
De EVN correlator bevindt zich hier, bij het
'Joint Institute for VLBI in Europe', JIVE, in Nederland.
De correlator is speciaal hiervoor gebouwd en wordt continu
verbeterd om verzekerd te zijn van compabiliteit
met uitbreidingen bij de diverse telescopen.
Deze verbeteringen stellen ons tevens in staat om ook antwoorden op
de nieuwste astronomische vraagstukken, zoals wanneer en hoe de eerste
melkwegstelsels werden gevormd, te ondersteunen.
Bij traditionele VLBI
worden de door telescoop waargenomen gegevens
op magneetband of harde schijven naar de correlator gestuurd.
Het verschepen van harde schijven uit de hele wereld naar hier is een grote kostenpost.
Ook kunnen de schijven beschadigen, of kwijtraken,
of er kunnen fouten in de gegevens optreden.
Bovendien is er een significante vertraging tussen het tijdstip van de waarneming
tot de ontvangst van de verwerkte gegevens bij de sterrenkundige.
Daarnaast is bij het organiseren van VLBI waarnemingen
veel overleg nodig tussen de vele instituten die
de telescopen bedienen.
Dit beperkt de mogelijkheden voor ongeplande waarnemingen;
als kortdurende gebeurtenissen ontdekt worden,
zoals supernovae en andere hevige kosmische fenomenen.
Tot nu.
In de afgelopen jaren heeft JIVE een groot aantal verbeteringen uitgevoerd aan de EVN correlator.
De belangrijkste maken het mogelijk dat gegevens rechtstreeks
via glasvezelnetwerken naar de correlator gestuurd kunnen worden.
"Deze techniek heet 'real-time', of electronische VLBI,
'e-VLBI' in het kort. We gebruiken deze techniek
om gegevens vanaf de telescoop rechtstreeks naar de
correlator te sturen, waar ze direct gecorreleerd worden."
Met deze snelle gegevensverzending en -verwerking worden problemen bij de
telescopen direct opgemerkt en opgelost,
waardoor waardevolle gegevens worden gered.
Sterrenkundigen ontvangen hun gegevens binnen een paar uur in plaats van een paar weken.
Bovendien maken procedurele veranderingen het mogelijk om waarnemingen
uit te voeren op korte termijn, zoals wanneer kortdurende gebeurtenissen ontdekt worden.
Sommige van de meest interessante
astrofysische fenomenen zijn
kortdurend, en veel van deze
bevinden zich op grote afstand van ons.
Om straling van objecten zoals instortende sterren of groeiende
zwarte gaten waar te nemen, moeten radiosterrenkundigen
waarnemingen organiseren met de grootste telescopen op een zeer korte termijn.
Real-time e-VLBI met het EVN maakt dit veel eenvoudiger dan vroeger
waardoor we veel meer kort levende bronnen kunnen bekijken.
De afgelopen jaren zijn we in staat geweest onderzoek te doen naar
een aantal supernovae, wat exploderende sterren zijn, microquasars die zeer nauwe bundels
hebben waar met relativistische snelheden deeltjes weggeblazen worden,
of zelfs een ster die uiteen is gereten door een superzwaar zwart gat."
Deze verbeteringen werden mogelijk gemaakt door het EXPReS project.
Gecoördineerd door JIVE en gefinancierd door de Europese Unie,
heeft EXPReS de correlator klaargemaakt voor real-time verwerking.
Het project heeft ook veel van de zogenaamde "laatste kilometer" glasvezelverbindingen gelegd
om de telescopen met internet te verbinden.
"Gegevens van telescopen verspreid over de hele wereld, stromen de hardware
supercomputer in die het hart van onze VLBI activiteiten vormt.
Wat u hier op het scherm ziet is de totale gegevensdoorvoersnelheid
die binnengekomen is in...."
Tegenwoordig is e-VLBI een standaard dienst die aangeboden wordt door het EVN.
e-VLBI waarnemingen hebben al geleid tot wetenschappelijke ontdekkingen
die ons inzicht hebben verbeterd van hoe melkwegstelsels
zich vormen en ontwikkelen.
Verbeteringen in de afgelopen paar jaren hebben e-VLBI
net zo goed gemaakt als traditionele VLBI
in termen van bandbreedte en oplossend vermogen.
Ook nu werkt JIVE aan verdere verbeteringen.
Grote inspanningen bij JIVE zijn gericht op een nieuw correlator platform
dat nodig is voor de toename van gegevenssnelheden waar het EVN aan werkt.
JIVE en EVN technici gebruiken de nieuwste electronica om
de verwerkingskracht te leveren voor toekomstige radiosterrenkundige waarnemingen.
In 2010 is JIVE gestart met de coordinatie van het NEXPReS project.
Samen met 14 partner instituten combineert JIVE het
beste van twee werelden: de snelheid en flexibiliteit van e-VLBI,
met de robuustheid en betrouwbaarheid van VLBI met harde schijven.
Een hoofdonderdeel van het project zoekt oplossingen voor netwerk onderbrekingen
om er verzekerd van te zijn dat het gegevenstransport soepel verloopt.
De gegevensintegriteit wordt gewaarborgd door de gegevens op te slaan
zowel bij de telescopen als bij de correlator.
Aanverwante verbeteringen zullen de directe controle en het aanbrengen
van wijzigingen vergemakkelijken. Dit zal automatische correlatie mogelijk maken.
Een ander onderdeel van NEXPReS is gericht op het efficiëntere gebruik van de
netwerken door middel van 'bandbreedte op aanvraag'.
"Momenteel zijn er statische, oftewel "point to point", glasvezel verbindingen voor e-VLBI.
Zij zijn de hele tijd actief, of je ze nu gebruikt of niet. Dit is geen efficiënt gebruik van de netwerk-capaciteit.
Daarom ontwikkelen we bandbreedte op aanvraag, een techniek die het mogelijk maakt
om op een dynamische manier bandbreedte te verkrijgen alleen op de tijden dat het nodig is."
Bovendien zijn deze statische glasvezel verbindingen gelimiteerd tot een snelheid van 1 gigabit per seconde.
Het EVN heeft al waarnemingen met 4 en 10 gigabit per second in voorbereiding.
Een derde onderdeel van het project kijkt naar de beperkte snelheid
van de bestaande, centrale, op hardware gebaseerde correlator.
In de afgelopen jaren heeft JIVE een software correlator ontwikkeld
die de basis vormt voor een gedistribueerde, automatische, correlator.
Door gebruik te maken van reeds binnen het EVN bestaande netwerk-
en computer capaciteit zal NEXPReS, door een minimaal beroep op deze
schaarse middelen te doen, extra VLBI waarnemingen kunnen verwezelijken.
De laatste grote uitdaging in het combineren van traditionele en e-VLBI
is het opslaan en archiveren van de grote hoeveelheden gegevens
die worden gegenereerd tijdens een waarneming.
Een doorsnee EVN experiment genereert 12 gigabits aan gegevens per seconde.
Dit is ongeveer hetzelfde als een complete film van hoge kwaliteit
per seconde, en dat gedurende 12 uur lang.
NEXPReS ontwikkelt netwerk-georiënteerde opslag-op-aanvraag
die deze hoge bandbreedte en grote capaciteit aan kan.
Wereldwijd zullen radiosterrenkundigen profiteren van deze
ontwikkelingen in de volgende e-VLBI generatie.
Bovendien zijn nieuwe ontwikkelingen van EVN technologie‘n
die door JIVE worden gedreven, essentieel voor nieuwe telescopen.
Het hoge automatiseringsniveau en de gedistribueerde architectuur
worden als leidraad gebruikt bij het ontwerp van de Square Kilometre Array.
Verder zijn deze ontwikkelingen cruciaal voor diverse
planetaire wetenschapsmissies zoals de ESA Venus Express
en VLBI telescopen in de ruimte, zoals RadioAstron.
Het werk dat gedaan wordt door JIVE stuwt
de Europese ICT infrastructuur omhoog.
"Het is aangetoond dat fundamentele wetenschap een
gezonde invloed heeft op de levensvatbaarheid van onze economie.
En het is niet moeilijk om je voor te stellen dat de technieken die we ontwikkelen binnen e-VLBI
invloed zullen hebben op andere velden van wetenschap, onderwijs, communicatie
en zelfs amusement."
JIVE, baant een pad naar de toekomst van radiosterrenkunde.