Towards optimal calibration in 21-cm cosmology with LOFAR
Waarom kan LOFAR de 21-cm-lijn van neutraal waterstof nog niet meten?
In dit proefschrift onderzoekt Stefanie Brackenhoff waarom het ondanks jarenlange inspanning nog niet lukt om met de Nederlandse radiotelescoop LOFAR een van de zwakste maar meest veelbelovende signalen uit het vroege heelal te meten: de 21-cm-lijn van neutraal waterstof. Deze lijn kan ons vertellen hoe de eerste sterren en sterrenstelsels zo’n 13 miljard jaar geleden het heelal verlichtten en ioniseerden. Hoewel LOFAR extreem gevoelig is en duizenden uren aan data heeft verzameld, wordt het verwachte 21-cm-signaal overschaduwd door “extra vermogen”: storende signalen van andere astronomische bronnen, de atmosfeer en de telescoop zelf. Brackenhoff onderzoekt via uitgebreide simulaties welke van deze verstoringen de grootste boosdoeners zijn en hoe we ze beter kunnen corrigeren.
Brackenhoff belangrijkste bevindingen zijn:- De ionosfeer (atmosfeer) blijkt nauwelijks invloed te hebben op het eindresultaat.- Heldere radiobronnen die ver van de kijkrichting staan kunnen wél problemen veroorzaken, omdat ze lastig nauwkeurig te modelleren zijn.- Een nieuwe kalibratiemethode die in dit proefschrift is ontwikkeld, verbetert het verwijderen van deze storende bronnen in simulaties en biedt aanknopingspunten voor verdere optimalisatie. Op echte data is de verbetering beperkt.
Brackenhoff laat zien dat de zoektocht naar het 21-cm-signaal nog uitdagingen kent, maar ook dat we vooruitgang boeken: een nieuwe generatie telescopen én nieuwe analysetechnieken brengen een vollediger beeld van het vroege heelal dichterbij.
Stefanie Brackenhoff voerde haar onderzoek uit bij het Kapteyn Institute for Astronomy, met financiering van het European Research Council. Ze vervolgt haar loopbaan als postdoc bij de Technische Universiteit Delft.