Met de sterkste telescoop ter wereld proberen deze UvA'ers radioflitsen te ontcijferen
UvA-astronoom Joeri van Leeuwen speurt samen met promovendus Leon Oostrum de hemel af op zoek naar mysterieuze radioflitsen. Hiervoor gebruiken ze de krachtigste telescoop van de wereld en de sterkste supercomputer van Nederland, die allebei in het Drentse Westerbork staan. ‘De schotels van de telescoop verzamelen iedere seconde nog meer data dan het hele internet in Nederland.’
Joeri van Leeuwen en Leon Oostrum hebben een selectiedag voor nieuwe promovendi in hun onderzoeksgroep op Amsterdam Science Park. Een paar jaar geleden zat Oostrum nog aan de andere kant van de tafel. ‘Ik zag laatst mijn beoordelingen over Leon terug en die waren ontzettend positief,’ merkt Van Leeuwen op.
Bij het onderzoek van Van Leeuwen ga je als promovendus namelijk niet aan de slag met gegevens van een of andere telescoop op Amsterdam Science Park of in Chili, maar met gegevens van de radiotelescoop van Astron, het Nederlandse Instituut voor Radio Astronomie. Sinds kort staat die telescoop in verbinding met de sterkste supercomputer van Nederland waarmee heel snel het heelal kan worden doorzocht, sneller dan met andere telescopen ter wereld.
De radiotelescoop staat in Westerbork en bestaat uit twaalf schotelantennes op een rij, verdeeld over 2,7 kilometer. Tezamen vormen ze een hele grote telescoop. ‘De schotels kunnen niet hier op Amsterdam Science Park staan, want dat is te dicht bij de stad,’ legt Van Leeuwen uit. ‘Mobiele telefoons en andere zenders verstoren met hun bluetooth- en wifi-functies de ontvangst van de radiotelescoop. De telescoop moet uit de buurt van mensen staan en daar is Drenthe de beste plek voor. Hij staat er eigenlijk al sinds 1970.’
Radioflitsen
Met de radiotelescoop kunnen Van Leeuwen en Oostrum een heel groot deel van het heelal afspeuren. ‘Het heelal is ons lab,’ zegt Van Leeuwen. ‘We willen heel ver en in verschillende richtingen kunnen kijken.’ De twee astronomen zijn op zoek naar radioflitsen die in een paar duizendste van een seconde voorkomen. De flitsen reizen met de lichtsnelheid door het heelal. ‘We weten niet wat die radioflitsen zijn,’ vertelt Oostrum. ‘Wel weten we dat ze van heel ver komen. Voor een radiotelescoop zijn ze nog fel waarneembaar. Ze moeten daarom wel veel energie bevatten en sterk zijn. De flitsen zijn een miljoen keer feller dan de sterren die we kennen. We willen weten hoe dit kan.’ Van Leeuwen voegt hieraan toe: ‘We denken aan een soort explosie, maar dat weten we niet zeker.’
De radioflitsen worden gemeten door een soort camera’s die op de schotels van de telescoop zitten. Oostrum: ‘Het is misschien een beetje verwarrend, want bij het woord radio van radiotelescoop denk je waarschijnlijk dat er geluid wordt gemeten. Dit is niet het geval. We meten licht. De twaalf schotelantennes zorgen samen voor de pixels van de beelden van de telescoop.’
Supercomputer
De schotels van de telescoop verzamelen verschrikkelijk veel data. ‘Nog meer data dan het hele internet in Nederland’, vertelt Oostrum. ‘Al die data moeten meteen verwerkt worden. Gewone computers kunnen dat niet aan. Daarom hebben we een supercomputer nodig.’ Van Leeuwen: ‘Die combinatie van onze supercomputer en de schotelantennes zorgt ervoor dat we hier de krachtigste telescoop ter wereld hebben, gewoon in Nederland.’ De supercomputer staat in Drenthe, dichtbij de radiotelescoop. Oostrum geeft aan: ‘Hij moet wel daar staan, want anders moeten we de brede kabelbundels die tussen de schotels liggen helemaal hier naar Amsterdam laten lopen.’ ‘Die bundel kabels is enorm dik, wel zo dik,’ zegt Van Leeuwen, waarbij hij zijn handen bijna een halve meter uit elkaar houdt.
De supercomputer zelf is ook niet compact. Van Leeuwen: ‘De kamer waar we nu in zitten, zo’n negen vierkante meter, kun je gemakkelijk vullen met die computer. Het is een enorm groot metalen gebeuren dat heel warm wordt.’ ‘Ja, je hebt een flinke koeling nodig,’ beaamt Oostrum. De supercomputer staat altijd aan. ‘Net zoals je hersenen altijd aan het werk zijn,’ aldus Van Leeuwen.
(Lees verder onder de video)
De computer wordt bestuurd vanuit het hoofdkantoor van Astron, dat op dertig kilometer van Westerbork zit. Van Leeuwen en Oostrum zijn regelmatig in Drenthe om de nieuwe computer te testen. ‘In het begin gingen er bijvoorbeeld vaak kabels stuk die we moesten repareren,’ vertelt Oostrum. ‘Hierna moeten we dan weer een test draaien. Via internet kunnen we nu wel overal bij. De supercomputer kan van een afstand worden bestuurd, bijvoorbeeld vanuit Amsterdam.’
Gamechips
Van Leeuwen heeft bedacht hoe de supercomputer eruit moest zien. ‘In 2013 begonnen we al met het ontwerpen,’ zegt hij. ‘Slimme ingenieurs van Astron hebben mijn ideeën uitgewerkt. Zij hebben zowel de moederbordenEen moederbord is de groene kaart met chips die onder andere in je laptop zit. als de chips helemaal op maat ontworpen.’ Het duo heeft ook gebruik gemaakt van kennis uit de gamewereld. ‘Daarnaast hebben we zo veel mogelijk onderdelen gebruikt die je gewoon kunt bestellen, zoals grafische kaarten die gamers gebruiken. Dat zijn kaarten met een chip die beeldsignalen doorsturen van een computer naar een beeldscherm. Overigens is het ondertussen door de fabrikant verboden om deze goedkopere chips van die grafische kaarten te gebruiken voor grootschalig rekenen. We waren dus net op tijd met het aanschaffen ervan. De grafische kaarten doorzoeken de pixels in de plaatjes op flitsen. Daarnaast kunnen we met de kaarten meer plaatjes per seconde krijgen. We krijgen nu twintigduizend plaatjes per seconde binnen.’
‘De supercomputer bouwt voort op de economie van gamers. Tegen alle gamers zou ik dus willen zeggen: blijf gamen en die krachtige chips kopen! Dan worden nog betere grafische kaarten geproduceerd en die kunnen wij goed gebruiken voor de supercomputer. We hebben een grote subsidie binnengehaald. Er is op het ogenblik genoeg geld om rekenkracht aan te schaffen waarmee we kunnen uitvinden wat de flitsen zijn.’ Dat geld hebben ze wel nodig, want de supercomputer kost ongeveer een miljoen euro. Van Leeuwen: ‘Dit valt nog mee, want de computer aan de overkant, die van IT-infrastructuurdienstverlener Surfsara, is nog duurder.’
Op zoek naar piekjes
Uiteindelijk testen de onderzoeksgroep van Van Leeuwen en de chipbakkers van Astron de techniek allemaal samen. ‘De mensen van Astron weten namelijk niet hoe de data eruit moeten zien,’ geeft Oostrum aan. ‘Zij zijn geen astronomen.’ De supercomputer geeft het door aan de astronomen als hij denkt dat hij een flits heeft gevonden. ‘Dan bekijken wij hoeveel kans er bestaat dat het een echte flits is. Er zitten namelijk ook veel meldingen tussen die niks voorstellen. We hebben een programma gemaakt dat van de data plaatjes met piekjes maakt. Straks kan de computer dit allemaal zelf door machine learningComputers die stappenplannen aanleren op basis van heel veel gegevens waarmee ze problemen oplossen..’ Van Leeuwen: ‘We zijn heel enthousiast als we een piek tegenkomen.’
‘Vroeger moesten we zelf door alle data heen om een potentiële flits te vinden. Dan was je de hele tijd aan het klikken. Nu doet de computer dat voor ons.’ Oostrum vertelt: ‘We hopen eigenlijk elke week een radioflits te vinden, zodat we steeds meer duidelijkheid krijgen over waar ze vandaan komen. Nog niet zo lang geleden hebben we er nog een gezien. Hopelijk vinden we er nog heel veel.’
Nog krachtiger
De supercomputer gaat niet oneindig lang mee. Volgens Van Leeuwen is de computer over ongeveer vijf jaar zo verouderd dat hij vervangen moet worden. ‘We zijn nu bezig met het bouwen van een telescoop die nog honderd keer krachtiger is dan degene die we nu hebben. Deze telescoop heet de Square Kilometre Array. Die komt midden in de woestijn te staan in Zuid-Afrika. Veel landen in Europa zijn hiermee bezig, samen met Canada, China, India, Australië en Zuid-Afrika. We zijn hiervoor net nog in Kaapstad geweest.’
Van Leeuwen en Oostrum hebben veel ervaringen uitgewisseld met de astronomen daar. Oostrum: ‘Wij hebben enorm veel expertise hier. Die kan daar goed worden gebruikt. Voor een aantal andere mensen is het namelijk helemaal nieuw. Wij zijn dan wel een klein landje, maar door onze kennis te delen, kunnen we aan iedereen laten zien wat we hier doen. Het is de bedoeling dat straks de hele wereld de signalen kan zien die wij ontvangen met onze radiotelescoop in Westerbork.’
‘Er gaan wel tientallen jaren overheen voordat een telescoop gebouwd is en de techniek gebruikt wordt,’ zegt Van Leeuwen. ‘Die in Westerbork is bijvoorbeeld in de jaren zeventig gemaakt. De vooruitgang gaat zo snel dat de antennes daarvan over tien jaar in je telefoon zitten. Zo is wifi vijfentwintig jaar geleden in Westerbork ontwikkeld. Als je straks 7G internet op je mobiel hebt en altijd bereik hebt, denk dan aan ons!’ Daarmee eindigen Van Leeuwen en Oostrum het gesprek. Er moet immers nog een promovendus worden geselecteerd.
