Om terug te kijken in de tijd, moet je ver, ver weg kijken in het heelal. Traditionele technieken om dat te doen zijn echter beperkt: ze creëren ofwel een plat 2D beeld, ofwel focussen ze teveel op enkele details. Geen van beide methodes geeft dus een volledig beeld van ons heelal. Maar dat staat op het punt te veranderen: Akira Endo heeft een ERC Consolidator-grant ontvangen voor zijn TIFUUN-project, dat 3D-kaarten zal maken van grote delen van het heelal, zowel ver weg in locatie als in tijd - meer dan 10 miljard jaar om precies te zijn! Betere beelden van deze verafgelegen plaatsen kunnen het menselijk inzicht in de geschiedenis van melkwegstelsels en de vorming en evolutie van het zogenaamde "kosmische web" radicaal veranderen.
Het heelal als een woud
Het heelal is niet overal hetzelfde: sommige plaatsen zijn dichter in materie en energie – zoals sterrenstelsels – andere plaatsen zijn bijna leeg. "In zekere zin kun je het je voorstellen als een bos", legt Akira Endo uit, "waar lange en ingewikkelde clusters van sterrenstelsels de bomen vormen – de sterrenstelsels zelf zouden in de metafoor de grootte van bladeren hebben – maar buiten de stam en de takken is er niets." Een ander woord voor dit bos is het ‘kosmische web’, een voorstelling van het heelal waarin alle materie in een web bijeen hangt. Maar net als een bos is het kosmische web in ontwikkeling. "We willen die groei begrijpen, door te kijken hoe het begon. Ik hoop de geschiedenis van alle materie bloot te leggen, teruggaand tot de eerste miljarden jaren van het heelal. Om ons te helpen de evolutie van sterrenstelsels en het ontstaan van de kosmische grootschalige structuur te begrijpen."
Het nieuwe en revolutionaire instrument om dit mogelijk te maken, is TIFUUN, kort voor 'Terahertz Integral Field Unit with Universal Nanotechnology'. Door de afkorting letter voor letter door te nemen, wordt de technologie uitgelegd. Allereerst Terahertz: dit verwijst naar de bovenste golflengtes van het infrarode licht (dat warmte is). Deze zwakke infrarode straling is kenmerkend voor enkele van de oudste sterrenstelsels. Dit betekent dat het vinden en analyseren van Terahertz-straling, het vinden en analyseren van de vroege oorsprong van het heelal betekent. De Integral Field Unit (IFU) is een supergeleidende schakeling die op een siliciumwafel is aangebracht. Dit patroon is een array van "spaxels", dat zijn pixels die elk onafhankelijk een punt in de hemel meten voor de golflengte – of spectrum – van zijn licht. En hoewel ze in een 2D-vlakte zijn opgesteld, leveren deze spaxels samen een 3D-beeld op. Tot slot verwijst de Universele Nanotechnologie naar het "open-hardware"-aspect van TIFUUN, wat betekent dat de nanotechnologie ervan beschikbaar zal zijn voor wetenschappers over de hele wereld.
De evolutie van DESHIMA
De eerste toepassing van TIFUUN zal plaatsvinden in de Japanse ASTE 10-m telescoop in Chili. Dit is bekend terrein voor Endo. Hij was er in 2017, in de Atacama-woestijn op 5000 meter hoogte, om te werken aan DESHIMA, de technologie die de belangrijke basis legde voor TIFUUN. "Door naar deze droogste woestijn op aarde te gaan, zijn we in staat om veel eerder dan toekomstige satellietmissies spannende astronomie te doen met nieuwe technologie." Het DESHIMA-project was een pionier op het gebied van de zogenaamde geïntegreerde supergeleidende spectrometer-technologie (ISS). U kunt meer te weten komen over dat project met deze video:
TIFUUN is de natuurlijke evolutie van DESHIMA, aangezien die laatste een proof-of-concept voor spaxels was. Nu zullen er meer spaxels zijn, die intelligenter samenwerken - om de structuur van ons universum zelf in kaart te brengen. "Ongetwijfeld zal dat veel antwoorden geven op de meest fundamentele vragen in de astronomie. Maar als ik eerlijk ben, hoop ik dat het project evenveel vragen zal opleveren: want dat zou betekenen dat we de grenzen van de astronomie hebben verlegd."