Reiken naar nieuwe hoogten in de astronomie

ESO
Europese
Zuidelijke
Sterrenwacht
Reiken naar
nieuwe hoogten in
de astronomie
ESO en astronomie
De astronomie wordt vaak omschreven
als de oudste wetenschap. De aanblik
van de majestueuze Melkweg, die zich
op een heldere nacht over de hemel
uitstrekt, is zonder twijfel voor mensen
uit alle tijdperken en culturen een
indrukwekkend verschijnsel geweest —
net als voor ons. Inmiddels geldt de
astronomie als een van de modernste
en meest dynamische wetenschappen,
die de meest geavanceerde technologieën en geraffineerde technieken
gebruikt die wetenschappers ter
beschikking staan. Deze technologieën
stellen ons in staat objecten aan de
uiterste grenzen van het heelal te bestuderen en planeten bij andere sterren
op te sporen. We kunnen beginnen met
het beantwoorden van een fundamen-
De ESO-sterrenwacht
op Paranal: thuisbasis
van de Very Large
Telescope.
2
tele vraag die ons allen fascineert: is er
leven elders in het heelal?
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie
ter wereld. Zij voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen,
bouwen en beheren van grote sterrenwachten. In 2012 was het precies vijftig
jaar geleden dat de ESO-conventie
werd ondertekend die de organisatie in
het leven riep. Het jaar 2013 markeert
de vijftigste verjaardag van ESO’s lange
en vruchtbare samenwerking met het
gastland Chili.
ESO exploiteert de La Silla Paranal
Sterrenwacht op twee locaties in
het gebied van de Atacamawoestijn
in Chili. La Silla herbergt een aantal
telescopen met spiegeldiameters tot
3,6 meter. Het vlaggenschip is de Very
Large Telescope (VLT) op de top van
de berg Paranal, waarvan het ontwerp,
het beschikbare instrumentarium en de
werkwijze model staan voor de optische
en nabij-infraroodsterrenkunde. De
Very Large Telescope Interferometer
(VLTI) vergroot de mogelijkheden van
deze unieke faciliteit nog verder, net als
de surveytelescopen VST (optisch) en
VISTA (infrarood).
Elk jaar worden ongeveer 1700 voorstellen ingediend voor het gebruik
van ESO-telescopen, waarbij drie
tot vijf keer meer nachten worden
aangevraagd dan er beschikbaar zijn.
ESO vormt ook het epicentrum van
Europa’s deelname aan de Atacama
Large Millimeter/submillimeter
Array (ALMA), een intercontinentale
samenwerking met Noord-Amerika,
Oost-Azië en de Republiek Chili. De
ALMA-partners exploiteren deze unieke
faciliteit op de Chajnantor-hoogvlakte in
het noorden van Chili. ALMA is in 2013
officieel in gebruik genomen door de
president van Chili, Sebastián Piñera,
maar de eerste wetenschappelijke
waarnemingen met de nog onvolledige
array begonnen al in 2011.
De volgende stap in ESO’s missie als
mondiale drijvende kracht achter het
astronomische onderzoek op vaste
bodem is de bouw van de European
Extremely Large Telescope (E-ELT),
die een gesegmenteerde hoofdspiegel
met een middellijn van 39 meter krijgt.
Het E-ELT-programma werd in 2012
goedgekeurd en naar verwachting zullen rond 2023 de eerste waarnemingen
worden gedaan. De E-ELT zal het
grootste ‘oog’ op de hemel ter wereld
zijn — de grootste optische/nabijinfraroodtelescoop die er is.
Tim de Zeeuw
directeur-generaal ESO
ESO/J. Girard
Deze hoge druk op de beschikbare
telescooptijd is een van de redenen
waarom ESO de meest productieve
sterrenwacht ter wereld is. Gegevens
van ESO-telescopen leveren meer dan
twee wetenschappelijke publicaties per
dag op (871 artikelen alleen al in 2012).
3
De ESO-locaties
Het noordelijke deel van Chili, dat
deels in beslag wordt genomen door
de Atacamawoestijn, kent uitzonderlijk
heldere en donkere nachthemels, die
een spectaculaire kijk bieden op het
belangrijke centrum van de Melkweg
en de beide Magelhaense Wolken.
Unit Telescopes, elk met een 8,2 meter
grote hoofdspiegel. De VLT omvat ook
vier verplaatsbare hulptelescopen, met
een middellijn van 1,8 meter, die deel
uitmaken van de VLT Interferometer.
Op Paranal staan ook twee krachtige
surveytelescopen: de VST en VISTA.
ESO’s eerste sterrenwacht werd
gebouwd op La Silla, 2400 meter boven
zeeniveau en 600 kilometer ten noorden
van de Chileense hoofdstad Santiago.
Ze herbergt verscheidene optische
telescopen met spiegeldiameters tot
3,6 meter. De 3,6-meter ESO-telescoop
is momenteel uitgerust met de belangrijkste ‘exoplanetenjager’ ter wereld:
HARPS (High Accuracy Radial velocity
Planet Searcher).
De toekomstige 39-meter European
Extremely Large Telescope zal worden
gebouwd op Cerro Armazones, op
slechts twintig kilometer van de
Paranal-sterrenwacht, en zal worden
opgenomen in het operationele systeem
van Paranal.
De op 2600 meter hoogte gelegen
Paranal-locatie, in een van de droogste
gebieden op aarde, is de thuisbasis
van de Very Large Telescope-array. De
sterrenwacht ligt ongeveer 130 kilometer ten zuiden van Antofagasta in Chili,
twaalf kilometer van de kust van de
Stille Oceaan. De VLT is niet gewoon
één telescoop, maar een opstelling
van vier afzonderlijke telescopen, de
The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, bestaande uit 66 schotel­
antennes met middellijnen van 12 en
7 meter, is een samenwerkingsverband
met Noord-Amerika, Oost-Azië en de
Republiek Chili. Deze staat op de hoogste ESO-locatie, de 5000 meter boven
zeeniveau gelegen vlakte Chajnantor,
die tot de hoogste astronomische waarnemingslocaties ter wereld behoort. Op
deze hoogvlakte staat ook de Atacama
Pathfinder Experiment (APEX), een
12-meter millimeter- en submillimeter­
telescoop.
ESO’s hoofdkwartier is gevestigd in
Garching bei München (Duitsland). Dit
is het wetenschappelijke, technische
en administratieve centrum van ESO.
Daarnaast heeft ESO ook een kantoor
in Santiago (Chili).
ESO’s hoofdkwartier bij
München, Duitsland.
SAN PEDRO
DE ATACAMA
ANTOFAGASTA
Cerro
La Peineta
Deze kaart laat zien
waar de ESO haar
sterrenwachten in Chili
heeft gestationeerd.
Cerro Las
Campanas
Garching, Duitsland
Cerro
Cinchado
LA SERENA
Cerro Tololo
Cerro Pachón
Cerro
Guatulame
4
Chili
Luchtfoto van de
Paranal-sterrenwacht.
Links staat de Very
Large Telescope op de
top van Cerro Paranal,
rechts is de infraroodsurveytelescoop VISTA
te zien.
ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org)
Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO
De Atacama Large
­Millimeter/submillimeter
Array op de hoogvlakte
Chajnantor.
J. L. Dauvergne & G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)/ESO
De La Silla-­
sterrenwacht.
De European Extremely
Large Telescope op
Cerro Armazones
(artist’s impression).
5
ESO — Wetenschappelijke
hoogtepunten
ESO’s Top 10 van astronomische ontdekkingen:
1Sterren die rond het superzware zwarte
gat in de Melkweg draaien
De afgelopen twintig jaar zijn verscheidene
van ESO’s vlaggenschiptelescopen ingezet
om de bewegingen van sterren rond het
monster in het hart van ons sterrenstelsel
nauwkeuriger dan ooit te volgen.
2Het versnellende heelal
Twee onafhankelijke onderzoeksteams
hebben met waarnemingen van exploderende sterren, waaronder gegevens van
ESO-telescopen op La Silla en Paranal,
aangetoond dat de uitdijing van het heelal
aan het versnellen is. Aan dit resultaat
werd in 2011 de Nobelprijs voor natuurkunde toegekend.
3Eerste foto van een exoplaneet
Met de VLT is de allereerste foto gemaakt
van een planeet buiten ons zonnestelsel.
De planeet is vijf keer zo zwaar als Jupiter
en draait om een ‘mislukte ster’ — een
bruine dwerg — op een afstand die
55 keer zo groot is als de gemiddelde
afstand aarde-zon.
4Gammaflitsen — de connectie tussen
supernovae en samensmeltende
neutronensterren
ESO-telescopen hebben een al lang
bestaand kosmisch vraagstuk opgelost
door het doorslaggevende bewijs te
leveren dat lange gammaflitsen verband
houden met de uiteindelijke explosies
van zware sterren. Met een telescoop op
La Silla is het voor het eerst ook gelukt om
het zichtbare licht van een korte gamma­
flits te detecteren en aan te tonen dat deze
waarschijnlijk afkomstig was van de hevige
botsing tussen twee neutronensterren.
5De kosmische temperatuur gemeten
De VLT heeft koolstofmonoxidemoleculen
gedetecteerd in een sterrenstelsel op
een afstand van bijna 11 miljard lichtjaar
— iets wat 25 jaar lang tevergeefs was
geprobeerd. Dit heeft astronomen in staat
gesteld om een nauwkeurige meting te
doen van de kosmische temperatuur: een
primeur voor dat verre tijdperk.
6Oudste ster van de Melkweg
Met behulp van ESO’s VLT hebben astronomen de leeftijd van de oudst bekende
ster in ons sterrenstelsel gemeten. Deze
13,2 miljard jaar oude ster is geboren
tijdens de eerste fase van stervorming in
het heelal. Ook is uranium gedetecteerd
in een ster van onze Melkweg, wat een
onafhankelijke schatting van de leeftijd van
ons stelsel heeft opgeleverd.
6
7Opvlammingen van het superzware
zwarte gat in de Melkweg
De VLT en APEX hebben samen hevige
opvlammingen bij het superzware zwarte
gat in het centrum van de Melkweg
onderzocht. Daarbij is materiaal in de buurt
van het zwarte gat ontdekt dat door het
intense zwaartekrachtsveld ter plaatse aan
flarden wordt getrokken. Bovendien hebben voortreffelijke VLT-waarnemingen aan
het licht gebracht dat de omgeving van het
zwarte gat krachtige infrarooduitbarstingen
produceert, wat erop wijst dat het zwarte
gat snel roteert.
8Directe metingen van de atmosferen van
exoplaneten
Met de VLT is voor het eerst de atmosfeer
rond een ‘superaarde’ geanalyseerd. Deze
exoplaneet, die GJ 1214b wordt genoemd,
werd onderzocht terwijl zij voor haar moederster langs bewoog en een deel van het
sterlicht door de planeetatmosfeer ging.
9Rijkste planetenstelsel
Astronomen hebben met behulp van de
‘planetenjager’ HARPS ontdekt dat er rond
de zonachtige ster HD 10180 minstens vijf
planeten cirkelen. Daarnaast zijn aanwijzingen gevonden voor nog twee planeten,
waarvan de ene wellicht de kleinste massa
van alle bekende exoplaneten heeft.
Bovendien heeft het team aanwijzingen
gevonden dat de afstanden van de planeten tot hun ster een regelmatig patroon
volgen, net zoals dat in ons zonnestelsel
bestaat.
10Sterbewegingen in de Melkweg
Na meer dan duizend waarnemingsnachten op La Silla, verspreid over een periode
van vijftien jaar, hebben astronomen
de bewegingen van meer dan 14.000
zonachtige sterren in de omgeving van
de zon bepaald. Hieruit volgt dat ons
sterrenstelsels een veel turbulenter en
chaotischer bestaan heeft geleid dan tot
nu toe werd verondersteld.
1
2
3
4
6
7
8
9
10
7
Het sterrenstelsel
­Centaurus A (NGC 5128).
Deze foto is gemaakt
met de Wide Field
Imager, gekoppeld aan
de 2,2-meter MPG/
ESO-telescoop van de
La Silla-sterrenwacht in
Chili.
8
ESO. Met dank aan: VPHAS+ Consortium/Cambridge Astronomical Survey Unit
Deze detailrijke opname
van de Carinanevel,
een spectaculair
stervormingsgebied,
is gemaakt met de VLT
Survey Telescope van
de ESO-sterrenwacht
op Paranal. De foto is
gemaakt met assistentie
van de Chileense president Sebastián Piñera.
Deze spectaculaire
foto van de stellaire
kraamkamer IC 2944 is
genomen ter viering van
het 15-jarige bestaan
van ESO’s Very Large
Telescope.
9
De Very Large Telescope
De Very Large Telescope-array is sinds
het begin van het derde millennium het
optische vlaggenschip van de Europese
astronomie. Het is het meest geavanceerde optische instrument ter wereld,
bestaande uit vier vast opgestelde Unit
Telescopes, met recordgrote hoofdspiegels met een middellijn van 8,2 meter,
die samen met vier verplaatsbare
1,8-meter hulptelescopen een interferometer kunnen vormen.
De 8,2-meter telescopen kunnen ook
afzonderlijk worden gebruikt. Deze telescopen zijn zo krachtig, dat ze stuk voor
stuk hemelobjecten kunnen vastleggen
die vier miljard keer minder licht geven
dan de zwakste objecten die we met
het blote oog kunnen zien.
De Very Large Telescope
bij zonsondergang.
10
Het VLT-instrumentatieprogramma is
het meest ambitieuze programma dat
ooit voor één sterrenwacht is opgezet.
Het omvat beeldvormers, camera’s en
spectrografen die een breed spectraal
gebied bestrijken, van golflengten in
het ver-ultraviolet (300 nanometer) tot
aan het mid-infrarood (20 micrometer).
Elke 8,2-meter telescoop staat
­opgesteld in een compact, temperatuurgereguleerd gebouw dat synchroon
met de telescoop ronddraait. Dit
ontwerp onderdrukt nadelige lokale
effecten van de waarnemingsomstandigheden, zoals de luchtturbulenties
in de telescoopbuis die kunnen
ontstaan door variaties in temperatuur
en wind.
De eerste Unit Telescope werd op
1 april 1999 in gebruik genomen
voor dagelijkse wetenschappelijke
waarnemingen. Sindsdien heeft de VLT
een onmiskenbare stempel gedrukt
op de observationele sterrenkunde.
Het is ’s werelds meest productieve
afzonderlijke waarnemingsfaciliteit op
vaste bodem, en VLT-resultaten leiden
gemiddeld tot meer dan één collegiaal
getoetst wetenschappelijk artikel per
dag.
UT4 (Yepun)
AOF (2015)
HAWK-I
SINFONI
NACO
MUSE
UT3 (Melipal)
ISAAC
SPHERE (2014)
X-SHOOTER
VIMOS
LGS
UT2 (Kueyen)
FLAMES
UVES
VST
OmegaCAM
VISTA
VIRCAM
UT1 (Antu)
VLT
Incoherent gecombineerd focus:
ESPRESSO (2016)
VLTI
MIDI
AMBER
PRIMA
Bezoekersinstrument
GRAVITY (2015)
MATISSE (2015)
Instrumenten aan de
Very Large Telescope.
ESO/G.Hüdepohl (atacamaphoto.com)
CRIRES
KMOS
FORS2
11
Adaptieve optiek
Zelfs op de beste waarnemingslocaties
ter wereld, zoals die van ESO in Chili,
wordt het telescoopbeeld verstoord door
turbulentie in de aardatmosfeer. Deze
turbulentie zorgt ervoor dat sterren op
sprookjesachtige wijze fonkelen — tot
grote frustratie van astronomen, omdat
fijne kosmische details hierdoor vervagen.
Astronomen kunnen deze atmosferische
verstoring vermijden door naar de ruimte
uit te wijken, maar de kosten van de
bouw en de exploitatie van ruimtetele­
scopen zijn hoog in vergelijking met die
van faciliteiten op aarde, wat de omvang
van deze instrumenten beperkt.
Om dit probleem op te lossen zijn
astronomen overgestapt op een methode
die ‘adaptieve optiek’ wordt genoemd.
Geavanceerde, flexibele spiegels die door
computers worden aangestuurd kunnen
de vervorming ten gevolge van atmosferische turbulentie direct corrigeren,
waardoor de verkregen opnamen bijna
net zo scherp zijn als die van ruimtete-
lescopen. Met adaptieve optiek kunnen
veel scherpere opnamen van veel zwakkere hemelobjecten worden gemaakt dan
anders vanaf de aarde mogelijk zou zijn.
Adaptieve optiek vereist wel dat er een
vrij heldere referentiester vlak naast het
onderzoeksobject staat. Deze referentie­
ster wordt gebruikt om de atmosferische
vervaging te meten, zodat de flexibele
spiegel daarvoor kan corrigeren. Omdat
niet overal aan de nachthemel geschikte
sterren te vinden zijn, kunnen astronomen ook hun eigen referentiesterren
maken door met een krachtige laserbundel 90 kilometer hoog de atmosfeer in
te schijnen. Dankzij deze ‘lasersterren’
kan nu bijna de hele hemel met adaptieve
optiek worden waargenomen.
ESO heeft een leidende rol gespeeld bij
de ontwikkeling van adaptieve optiek
en de laserstertechnologie, en heeft
daarbij met diverse Europese instituten
en industrieën samengewerkt. Met ESO’s
adaptieve optische faciliteiten zijn tal van
opmerkelijke wetenschappelijke resultaten bereikt, waaronder de eerste directe
waarnemingen van een exoplaneet (zie
blz. 6) en het gedetailleerde onderzoek
van de omgeving van het zwarte gat in
het centrum van de Melkweg (zie blz. 6).
De volgende generatie adaptieve optiek
zal zowel op de VLT als de European
Extremely Large Telescope worden geïnstalleerd. Bij de VLT zal gebruik worden
gemaakt van meerdere lasersterren en
van geavanceerde adaptieve optische
instrumenten zoals ‘planeetzoekers’. Voor
de E-ELT zijn nog geavanceerdere systemen in ontwikkeling, die zijn afgestemd
op de specifieke uitdagingen van deze
telescoop. Onlangs is grote vooruitgang
geboekt bij het verkrijgen van een groter
gecorrigeerd beeldveld, een resultaat
dat weerslag zal hebben op het ontwerp
van toekomstige adaptieve optische
systemen voor VLT en E-ELT.
Deze illustratie toont de
werking van adaptieve
optiek.
Atmosferische turbulentie
Lichtstralen
Secundaire spiegel
Hoofdspiegel
Flexibele spiegel
Astronomische camera
Computer
12
Turbulentiemeting
ESO/G.Hüdepohl (atacamaphoto.com)
PARLA-laser in actie
bij de VLT. De laser
wordt gebruikt om
ongeveer 90 kilometer
hoog in de atmosfeer
een kunstmatige ster
te genereren.
13
De VLT Interferometer
De afzonderlijke telescopen van de VLT
kunnen worden gecombineerd tot de
reusachtige VLT Interferometer. Dat
stelt astronomen in staat om zestien
keer kleinere details te zien dan met
de afzonderlijke telescopen, zodat
hemelobjecten ongekend gedetailleerd
kunnen worden onderzocht. Met de
VLTI is het mogelijk om details te zien
op de oppervlakken van sterren en zelfs
om de naaste omgeving van het zwarte
gat in het centrum van een ander sterrenstelsel te bestuderen.
Een van de vier 1,8meter telescopen die
deel uitmaken van de
Very Large Telescope
Interferometer.
Panoramafoto van de
tunnel van de Very Large
Telescope Interferometer.
14
In de VLTI worden de lichtbundels
van de telescopen met elkaar gecombineerd via een complex systeem van
spiegels in ondergrondse tunnels,
waarbij de lengten van de verschillende
lichtwegen over een afstand van meer
dan honderd meter tot op minder dan
een duizendste millimeter gelijk moeten
worden gehouden. Met deze 130 meter
grote ‘virtuele telescoop’ kan VLTI
metingen doen die vergelijkbaar zijn
met het onderscheiden van de kop
van een schroef in het internationale
ruimtestation ISS, dat op 400 kilometer
hoogte boven ons langs trekt.
De VLTI-hulptelescopen
Om de kracht van de VLTI elke
nacht te kunnen gebruiken zijn vier
hulptelescopen beschikbaar: de
Auxiliary Telescopes of AT’s. De AT’s
staan op rails en kunnen worden
verplaatst t­ ussen exact aangegeven
waarnemingsposities. Vanuit die
posities worden de door de AT-spiegels
weerkaatste lichtbundels in de VLTI met
elkaar gecombineerd.
De AT’s zijn heel bijzondere telescopen:
ze staan in ultra-compacte beschermende koepels en zijn helemaal zelfvoorzienend. Elk van deze telescopen
heeft zijn eigen elektronica, ventilatie,
hydraulica en koelsysteem. Ook heeft
elk zijn eigen transportsysteem, dat de
telescoop optilt en van de ene positie
naar de andere verplaatst.
ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org)
Hoewel de 8,2-meter telescopen van de
VLT tot een interferometer kunnen worden gecombineerd, worden zij veelal
afzonderlijk gebruikt voor andere doeleinden. Ze zijn dus slechts een beperkt
aantal nachten per jaar beschikbaar
voor interferometrische waarnemingen.
15
Surveytelescopen
Ook twee andere krachtige telescopen
maken deel uit van de ESO-sterrenwacht
op Paranal: de Visible and Infrared
Survey Telescope for Astronomy (VISTA)
en de VLT Survey Telescope (VST). Zij
zijn de krachtigste telescopen ter wereld
die specifiek voor surveydoeleinden zijn
gebouwd en breiden het wetenschappelijke ontdekkingspotentieel van de
Paranal-sterrenwacht enorm uit.
Veel van de meest interessante hemelobjecten — van zwakke bruine dwergsterren in de Melkweg tot de verste quasars
— zijn zeldzaam. Het opsporen ervan
is vergelijkbaar met het zoeken naar
een speld in een hooiberg. De grootste
telescopen, zoals ESO’s Very Large
­Telescope en de Hubble-ruimtetelescoop
van NASA en ESA, kunnen steeds maar
een klein stukje hemel bekijken, maar
VISTA en de VST zijn ontworpen om snel
‘diepe’ opnamen te maken van grote
hemelgebieden. De twee telescopen
De surveys leveren op zichzelf al wetenschap op en daarnaast zullen interessante
objecten die door de surveytelescopen
zijn ontdekt het doelwit zijn van vervolgonderzoek, zowel met de naburige VLT
als met andere telescopen op aarde en in
de ruimte. De twee surveytelescopen zijn
ondergebracht in koepels dichtbij de VLT
en profiteren van dezelfde uitzonderlijke
waarnemingsomstandigheden en van
een soortgelijk, uiterst efficiënt operationeel model.
wegende camera met zestien infrarooddetectoren met in totaal 67 megapixels.
Hij heeft het grootste beeldveld van alle
astronomische nabij-infraroodcamera’s.
De VST is een geavanceerde 2,6-meter
telescoop, uitgerust met OmegaCAM
— een kolossale 268-megapixel ccdcamera met een beeldveld van meer
dan vier keer de oppervlakte van de
volle maan. Hij vult VISTA aan en maakt
hemelsurveys in zichtbaar licht.
De VST is het resultaat van een
samenwerkingsverband tussen ESO en
de Capodimonte-sterrenwacht (OAC)
te Napels, een onderzoekscentrum van
het Italiaanse Nationaal Instituut voor
Astrofysica (INAF).
VISTA heeft een hoofdspiegel van
4,1 meter en is de krachtigste surveytelescoop in het nabij-infrarood ter wereld. In
het hart van VISTA bevindt zich een 3-ton
De VST: de grootste
telescoop ter wereld
voor hemelsurveys in
zichtbaar licht.
ESO/G. Lombardi (glphoto.it)
In de koepel van VISTA.
voeren momenteel diverse zorgvuldig
ontworpen surveys uit en produceren
enorme archieven van zowel afbeeldingen als catalogi van objecten, waar
astronomen nog decennialang uit zullen
putten.
16
ESO/J. Emerson/VISTA. Met dank aan: Cambridge Astronomical Survey Unit
Deze groothoekopname van de Orionnevel (Messier 42), op
ongeveer 1350 lichtjaar
van de aarde, is
gemaakt met VISTA op
de ESO-sterrenwacht
op Paranal in Chili.
ESO/INAF-VST/OmegaCAM. Met dank aan: OmegaCen/Astro-WISE/Kapteyn Institute
De eerste vrijgegeven
VST-opname toont
het spectaculaire
stervormingsgebied
Messier 17, ook bekend
als de Omeganevel of
Zwaannevel.
17
ALMA
Hoog op de Chajnantor-hoogvlakte
in de Chileense Andes exploiteert de
Europese Zuidelijke Sterrenwacht,
samen met haar mondiale partners, de
Atacama Large Millimeter/submillimeter
Array (ALMA) — een geavanceerde telescoop voor het onderzoek van enkele
van de koudste objecten in het heelal.
De straling die deze objecten uitzenden
houdt het midden tussen infrarood licht
en radiostraling en heeft een golflengte
van ongeveer een millimeter. Vandaar
de aanduiding millimeter- en submillimeterstraling. ALMA kan het heelal
op deze golflengten met ongekende
gevoeligheid en resolutie onderzoeken,
met een beeldscherpte die tien keer
groter is dan die van de Hubbleruimtetelescoop, en vult de beelden aan
die met de VLT Interferometer worden
gemaakt.
Licht op deze golflengten is afkomstig
van uitgestrekte koude wolken in de
interstellaire ruimte, met temperaturen
van soms wel –263 graden Celsius,
en van enkele van de vroegste en
verste sterrenstelsels in het heelal.
Astronomen kunnen dit licht gebruiken
om de chemische en fysische omstandigheden in moleculaire wolken te
onderzoeken — de dichte gebieden van
gas en stof waar nieuwe sterren worden
geboren. Vaak zijn deze kosmische
gebieden op zichtbare golflengten
Luchtfoto van de
Chajnantor-hoogvlakte,
op 5000 meter boven
zeeniveau in de
Chileense Andes,
waar de array van
ALMA-antennes staat
opgesteld.
18
donker en onwaarneembaar, maar in
het millimeter- en submillimetergebied
van het elektromagnetische spectrum
zijn ze een heldere verschijning.
ALMA onderzoekt de bouwstenen van
sterren, planetenstelsels, ­sterrenstelsels
en het leven zelf. Door wetenschappers
te voorzien van detailrijke afbeeldingen
van sterren en planeten die in de buurt
van het zonnestelsel worden geboren,
en verre sterrenstelsel-in-wording
op te sporen aan de rand van het
waarneembare heelal, brengt ALMA
de beantwoording van enkele van de
meest fundamentele vragen over onze
kosmische oorsprong dichterbij.
De millimeter- en submillimeterstraling
opent een venster op het raadselachtige koude heelal, maar deze
signalen uit de ruimte worden sterk
geabsorbeerd door de waterdamp in
de aardatmosfeer. Telescopen voor
dit soort astronomie moeten op hoge,
droge plaatsen worden gebouwd.
Dit is de reden waarom ALMA, het
grootste astronomische project van dit
moment, op de 5000 meter boven zeeniveau gelegen Chajnantor-hoogvlakte
is geplaatst. De locatie, zo’n vijftig
kilometer ten oosten van San Pedro
de Atacama in het noorden van Chili,
heeft een van de droogste atmosferen
ter wereld. Voor astronomische
waarnemingen is dat ideaal, maar het
maakt wel dat er onder zeer moeilijke,
zuurstof­arme omstandigheden moet
worden gewerkt. Chajnantor ligt
meer dan 750 meter hoger dan de
sterrenwachten op de Mauna Kea en
2400 meter hoger dan de VLT op de
Cerro Paranal.
Het ALMA-project is een samenwerkingsverband tussen Europa, NoordAmerika en Oost-Azië, met medewerking van de Republiek Chili. In Europa
wordt ALMA gefinancierd door ESO,
in Noord-Amerika door de National
­Science Foundation van de VS (NSF)
in samenwerking met de National
Research Council van Canada (NRC) en
de National Science Council van Taiwan
(NSC) en in Oost-Azië door de Nationale Instituten voor Natuurwetenschappen van Japan (NINS) in samenwerking
met de Academia Sinica in Taiwan (AS).
De bouw en het beheer van ALMA
staan namens Europa onder leiding van
ESO, namens Noord-Amerika van het
National Radio Astronomy Observatory
(NRAO), dat geleid wordt door Associated Universities, Inc. (AUI) en namens
Oost-Azië door de National Astronomical Observatory van Japan (NAOJ).
De Joint ALMA Observatory (JAO) ziet
toe op de bouw, de ingebruikname en
het beheer van ALMA.
Clem & Adri Bacri-Normier (wingsforscience.com)/ESO
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Een Europese ALMAantenne, met een
gewicht van 100 ton,
maakt een ritje op Lore,
een van de reusachtige
ALMA-transportvoertuigen, bij de Operations
Support Facility in de
Chileense Andes.
19
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Opname in zichtbaar licht: NASA/ESA Hubble Space Telescope
De Antenne-stelsels zijn
twee vervormde spiraalstelsels op een afstand
van ongeveer 70 miljoen
lichtjaar die met elkaar
in botsing zijn. Deze
afbeelding is een
combinatie van vroege
ALMA-waarnemingen,
op twee verschillende
golflengten, en opnamen
in zichtbaar licht van de
Hubble-ruimtetelescoop
van NASA en ESA.
20
ALMA heeft een revolutionair ontwerp, bestaande uit 66 uiterst precies
gevormde schotelantennes: een
hoofdarray van vijftig antennes met
een middellijn van 12 meter die als
één telescoop samenwerken — een
interferometer — en een aanvullende
compacte array van vier 12-meter en
twaalf 7-meter antennes. De antennes
zijn verplaatsbaar over afstanden van
150 meter tot zestien kilometer, wat
ALMA de mogelijkheid geeft om op zijn
doelobjecten in te ‘zoomen’.
De ALMA-supercomputer — de
­correlator — doet 17 quadriljoen
berekeningen per seconde en is een
van de snelste computers voor speciale
doeleinden ter wereld.
ALMA is in 2013 officieel in gebruik
genomen, maar de eerste wetenschappelijke waarnemingen met de onvolledige array begonnen al in 2011.
APEX
Astronomen kunnen op Chajnantor ook
gebruik maken van een a
­ anvullende
faciliteit voor millimeter- en submillimeterastronomie: de Atacama Pathfinder
Experiment (APEX). Dit is een 12-meter
telescoop, gebaseerd op een ALMAprototype. APEX was al lang voor ALMA
operationeel en nu de grote array compleet is, doet hij belangrijk surveywerk.
APEX onder de maan.
Een APEX-opname van
de stervorming in de
Orionnevel.
ESO/B. Tafreshi (twanight.org)
APEX is een gezamenlijk project
van het Max-Planck-Institut für
­Radioastronomie, het Onsala Space
Observatory en ESO. De telescoop
wordt beheerd door ESO. Het is de
opvolger van de Swedish–ESO Submillimetre Telescope (SEST), een gezamenlijk project van ESO en het Onsala
Space Observatory, die van 1987 tot
2003 in bedrijf was op La Silla.
ESO/Digitized Sky Survey 2
Astronomen gebruiken APEX om de
omstandigheden binnen moleculaire
wolken te onderzoeken, zoals die rond
de Orionnevel of de ‘Zuilen van Schepping’ in de Adelaarsnevel. Ze hebben
daar koolstofmonoxidegas en complexe
organische moleculen ontdekt, evenals
geladen moleculen die fluor bevatten.
Deze laatste waren nog nooit eerder
waargenomen. Ontdekkingen als deze
vergroten onze kennis van de kraamkamers van gas waar nieuwe sterren
worden geboren.
21
De E-ELT
Extreem grote telescopen worden
wereldwijd gerekend tot de hoogste
­prioriteiten van het astronomische
onderzoek vanaf de aarde. Zij zullen
onze astrofysische kennis enorm
vergroten en gedetailleerd onderzoek
mogelijk maken van onder meer
planeten bij andere sterren, de eerste
objecten in het heelal, superzware
zwarte gaten en de aard en verdeling
van de donkere materie en donkere
energie die het heelal domineren.
De revolutionaire European Extremely
Large Telescope (E-ELT) krijgt een
hoofdspiegel met een middellijn van
39 meter en zal daarmee de grootste
optische/nabij-infraroodtelescoop —
het grootste ‘oog’ op de hemel — ter
wereld zijn.
22
De E-ELT wordt groter dan alle
bestaande optische onderzoekstele­
scopen bij elkaar en zal dertien keer
zoveel licht opvangen als de grootste
optische telescopen van dit moment.
Hij zal vanaf het begin kunnen corrigeren voor atmosferische verstoringen
en beelden maken die zestien keer
zo scherp zijn als die van de Hubbleruimtetelescoop. De E-ELT heeft een
uniek ontwerp met vijf spiegels en de
hoofdspiegel bestaat uit 798 zeshoekige elementen, elk 1,4 meter groot
maar slechts vijf centimeter dik.
Zodra de E-ELT rond 2023 operationeel
is, zal hij de grootste wetenschappelijke
uitdagingen van onze tijd aangaan en
de jacht openen op een aantal opmerkelijke primeurs, zoals het opsporen van
aarde-achtige planeten in de leefbare
zones rond andere sterren — een
van de heilige gralen van de moderne
observationele astronomie. Hij zal ook
aan stellaire archeologie gaan doen
door oude sterren en sterpopulaties in
nabije sterrenstelsels te onderzoeken,
en fundamentele bijdragen leveren aan
de kosmologie door de eigenschappen
van de eerste sterren en sterrenstelsels
te meten en de aard van de donkere
materie en de donkere energie te
bestuderen. Bovendien houden astronomen rekening met het onverwachte
— nieuwe en onvoorspelbare vragen
die zeker zullen voortvloeien uit de
ontdekkingen die met de E-ELT worden
gedaan.
Deze foto toont Cerro
Armazones, de locatie
van de toekomstige
European Extremely
Large Telescope, bij
nacht.
Een aantal testseg­
menten van de reusachtige hoofdspiegel
van de E-ELT worden
momenteel getest
in de buurt van het
ESO-hoofdkwartier in
Garching, Duitsland.
Artist’s impression van
de toekomstige E-ELT.
23
Drie planeten voeren
een kosmische dans
uit boven La Silla. Kort
na zonsondergang zijn
boven de ronde koepels
van de telescopen
drie planeten van
ons zonnestelsel te
zien: Jupiter (boven),
Venus (­linksonder) en
­Mercurius (rechtsonder).
24
La Silla
De 3,58-meter New Technology
Telescope (NTT) was baanbrekend op
het gebied van telescooptechniek en
-ontwerp. Hij was de eerste telescoop
ter wereld met een spiegel waarvan de
vorm computergestuurd wordt (actieve
optiek), een technologie die door ESO
is ontwikkeld en die nu wordt toegepast
in de VLT en de meeste andere grote
telescopen.
Op La Silla staat ook de 3,6-meter
ESO-telescoop, die sinds 1977 in
bedrijf is. Dankzij een aantal grondige
verbeteringen is het nog steeds een
toonaangevend onderzoeksinstrument
onder de telescopen van de 4-meter
klasse op het zuidelijk halfrond. Aan
deze telescoop is de belangrijkste
‘exoplanetenjager’ ter wereld gekoppeld: HARPS, een spectrograaf met een
onovertroffen nauwkeurigheid.
Ook wordt de infrastructuur van La Silla
door veel ESO-lidstaten gebruikt —
voor specifieke projecten, zoals de
Zwitserse 1,2-meter Leonhard Eulertelescoop en de ‘gammaflitsjagers’
REM (Rapid Eye Mount) en TAROT
(Télescope à Action Rapide pour les
Objets Transitoires), maar ook voor
telescopen voor algemenere doeleinden, zoals de 2,2-meter MPG/ESOtelescoop en de Deense 1,54-meter
telescoop. De 67-megapixel Wide Field
Imager van de MPG/ESO-telescoop
heeft vele spectaculaire opnamen van
hemelobjecten gemaakt, waarvan sommige inmiddels de icoonstatus hebben
bereikt.
ESO/Y. Beletsky
De sterrenwacht op La Silla, 600 kilometer ten noorden van de Chileense
hoofdstad Santiago en 2400 meter
boven zeeniveau, is sinds de jaren zestig een ESO-bolwerk. Hier heeft ESO
nog steeds twee van ’s werelds beste
telescopen van de 4-meterklasse in
bedrijf. Daarmee kan La Silla zijn positie
als een van de meest productieve sterrenwachten ter wereld handhaven.
25
Van idee tot wetenschappelijke publicatie:
de datastroom
De bedrijfsvoering van de ESO-telescopen
is een gestroomlijnd proces dat begint
wanneer astronomen beschrijvingen van
voorgenomen waarnemingsprojecten
voor specifieke wetenschappelijke
doelstellingen indienen. Deze voorstellen
worden getoetst door deskundigen uit de
wetenschappelijke gemeenschap, en de
goedgekeurde projecten worden vertaald
tot een gedetailleerde beschrijving van de
waarnemingen die gedaan zullen worden.
De waarnemingen worden vervolgens
uitgevoerd met de telescoop, en de verzamelde gegevens worden onmiddellijk
ter beschikking gesteld van de betrokken
onderzoeksteams. De wetenschappelijke
waarnemingen en de bijbehorende
kalibratiegegevens worden ook gebruikt
door ESO-wetenschappers, om de kwaliteit van de gegevens en het gedrag van
de instrumenten nauwkeurig in de gaten
te houden en ervoor te zorgen dat hun
prestaties op peil blijven. Dit hele proces
is gebaseerd op de continue overdracht
van gegevens tussen de sterrenwachten
in Chili en het ESO-hoofdkwartier in
Garching, Duitsland.
Alle wetenschappelijke en kalibratiegegevens worden opgeslagen in de ESO
Science Archive Facility. Deze bevat het
complete archief van alle waarnemingen
die met de Very Large Telescope, de
VLT-interferometer en de surveytelescopen VISTA en VST op Paranal zijn
gedaan. Het bevat ook waarnemingen
die zijn verkregen met de telescopen op
La Silla en met de submillimetertelescoop
APEX op Chajnantor. Waarnemingen
die in het archief zijn opgeslagen worden
doorgaans één jaar na binnenkomst
openbaar, zodat ze door andere onderzoekers kunnen worden gebruikt.
Bij de traditionele manier van waarnemen
reizen astronomen op vooraf toegewezen
data naar de telescoop om, bijgestaan
door deskundig personeel van de sterrenwacht, hun waarnemingen zelf uit te
voeren. Deze zogeheten bezoekersmodus stelt astronomen in staat om hun
waarnemingsstrategieën aan te passen
aan de verkregen resultaten en aan de
atmosferische omstandigheden. Maar
op het moment van toewijzing kan niet
worden gegarandeerd dat aan de noodzakelijke waarnemingsomstandigheden
kan worden voldaan.
ESO heeft een alternatieve ‘dienstregeling’ ontwikkeld waarbij de waarnemingen
volledig worden gespecificeerd door de
astronomen die hen hebben aangedragen. Vervolgens worden deze flexibel
ingepland en pas uitgevoerd wanneer de
omstandigheden geschikt zijn. Bij elke
vooraf beschreven waarneming moet
dus worden gespecificeerd aan welke
voorwaarden moet zijn voldaan om het
wetenschappelijke doel te bereiken.
Hoewel deze vorm van flexibele planning niet toelaat dat de astronoom zijn
waarnemingsstrategie op het moment
zelf bepaalt, heeft zij zoveel voordelen dat
zeventig procent van alle VLT-gebruikers
voor deze werkwijze kiest.
Het datacentrum in het
ESO-hoofdkwartier in
Garching bei München,
Duitsland. Hier worden
de gegevens van
de ESO-telescopen
gearchiveerd en gedistribueerd.
26
Partnerschappen
Het bevorderen van samenwerking in de
astronomie staat centraal in de missie
van ESO, en de organisatie heeft een
beslissende rol gespeeld bij het opzetten
van een Europese onderzoeksdomein
voor de astronomie en de astrofysica.
De vlaggen van de
ESO-lidstaten op
het platform van de
Very Large Telescope.
Elk jaar voeren duizenden astronomen
uit de lidstaten en daarbuiten onderzoek
uit met behulp van gegevens die op de
verschillende ESO-locaties zijn verzameld. Astronomen vormen vaak internationale onderzoeksteams, met leden uit
verschillende landen, en hun resultaten
worden gepubliceerd in vele honderden
wetenschappelijke artikelen per jaar.
Om gebruikers van steeds betere
astronomische telescopen en instrumenten te voorzien, werkt ESO nauw
samen met een groot aantal Europese
hightechbedrijven. De Europese industrie
speelt een essentiële rol bij de uitvoering
van ESO-projecten. Zonder de actieve en
enthousiaste deelname van commerciële
partners uit alle lidstaten en Chili zouden
zulke projecten niet mogelijk zijn.
Ook op het gebied van technologieontwikkeling onderhoudt ESO nauwe
banden met vele onderzoeksgroepen
van universitaire instituten in de lidstaten
en daarbuiten. Op die manier zijn
astronomen in de lidstaten nauw betrokken bij het plannen en realisatie van de
wetenschappelijke instrumenten voor de
huidige ESO-telescopen, en voor andere
bestaande en geplande telescopen.
Het ontwikkelen van instrumenten
biedt belangrijke kansen aan nationale
onderzoeksscholen en trekt vele jonge
wetenschappers en technici aan.
De Europese Commissie en het EIROforum
beloven hun samenwerking uit te breiden.
Groepsfoto van de
conferentie ‘Science
from Next Generation
Imaging Spectroscopic
Surveys’.
Alvio Renzini bij de
ESO@50-conferentie,
ter viering van het
50-jarige bestaan van
de Europese Zuidelijke
Sterrenwacht.
M. McCaughrean (ESA)/ESO
ESO heeft een uitgebreid programma
voor fellows (jonge gepromoveerde astronomen) en studenten, en draagt op die
manier bij aan de mobiliteit van Europese
wetenschappers. Ervaren onderzoekers
van de lidstaten en andere landen
werken een tijd lang als bezoekende
wetenschappers op de ESO-locaties.
Daarnaast onderhoudt ESO een robuust
programma van internationale conferenties
met thema’s in de frontlinie van astronomie en technologie, en biedt zij logistieke
ondersteuning aan het internationale
tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
27
ESO Hoofdkwartier
Karl-Schwarzschild-Str. 2, 85748 Garching bei München, Duitsland
Tel.: +49 89 32006 0 | Fax: +49 89 3202362 | E-mail: [email protected]
08.2014 — Dutch
ESO/T. Preibisch
www.eso.org