Groningse sterrenkundigen brengen het heelal ‘in beweging’

De samenwerking tussen Groningse sterrenkundigen en Drentse ingenieurs moet de ogen van de nieuwe Europese ‘Extremely Large Telescope’ scherp genoeg maken om de beweging van sterren in het heelal waar te nemen. ‘Wij gaan een hemel die stil stond, laten bewegen’, zeggen Eline Tolstoy, Gijs Verdoes Kleijn en Ramon Navarro.

Een spiegel van 39,3 diameter, in een koepel van tachtig meter hoog met een doorsnede van honderd meter. De e-ELT (European Extremely Large telescope), die in Chili komt te staan, zal bij ingebruikname in 2024 de grootste telescoop ter wereld zijn. De afgelopen maanden zijn contracten getekend voor de levering van de eerste drie apparaten die het licht van de enorme spiegel gaan verwerken. MICADO (Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations) is er een van. En Groningen en Drenthe spelen daarbij een belangrijke rol.

RUG-hoogleraar Eline Tolstoy is als ‘project scientist Europe’ verantwoordelijk voor het wetenschappelijke programma van MICADO. ‘En binnen het Kapteyn Instituut voor sterrenkunde van de RUG zullen wij een ‘softwarepijplijn’ bouwen om de gegevens die MICADO produceert te verwerken’, vertelt sterrenkundige Gijs Verdoes Kleijn. Hij is verantwoordelijk voor dit onderdeel. Daarnaast bouwt het Optisch/Infraroodlaboratorium van de landelijke onderzoekschool voor sterrenkunde NOVA, dat is gevestigd bij Astron in Dwingeloo, een stukje hardware voor MICADO.

Deze gezamenlijke inspanning zal 53 manjaren kosten, maar levert ook heel wat op: ‘We krijgen er 65 waarneemnachten voor terug, die we met ons internationaal science team zelf mogen invullen’, vertelt Tolstoy. Waarneemtijd is het goud van de sterrenkunde: wie niet mee bouwt aan een telescoop, moet in competitie met de hele astronomische wereld zijn uren zien binnen te halen.

De e-ELT wordt heel groot, maar wat is daar nu zo mooi aan? Verdoes Kleijn: ‘Het is zoals we dat noemen een fotonenbak, de spiegel vangt gewoon erg veel licht op. En het vermogen om twee objecten die dicht bij elkaar staan afzonderlijk in beeld te brengen, het oplossend vermogen, is bij de e-ELT veel groter zijn bij andere telescopen.’

Daardoor is het straks mogelijk om afzonderlijke sterren te zien, bijvoorbeeld in het centrum van onze Melkweg, maar ook in andere melkwegstelsels. En daarnaast kan de e-ELT de positie van sterren zo nauwkeurig bepalen dat hun beweging door het heelal meetbaar is. ‘Dat is nu niet goed mogelijk bij sterren die ver weg staan, vertelt Verdoes Kleijn. Met een brede lach: ‘Misschien is het een raar beeld, maar wij gaan een hemel die bevroren was, ontdooien. Sterren zijn nu vaste ankerpunten, maar dankzij MICADO zullen ze gaan wiebelen. Dat wordt voor ons een groots moment.’

Uit de beweging van de sterren volgt ook hoeveel materie er aanwezig is, zowel gewone zichtbare materie als onzichtbare donkere materie. En dat zegt weer van alles over hoe sterren, zwarte gaten en melkwegstelsels zich ontwikkelen. Maar MICADO doet meer dan alleen posities bepalen. De camera in dit instrument is gevoelig genoeg om exoplaneten te vinden, en mogelijk te bestuderen. En er zit ook een spectrometer in, die precies meet op welke golflengten de sterren licht uitzenden.

Verdoes Kleijn leidt de Groningse groep die de software ontwikkelt om de gegevens van MICADO te analyseren. ‘Voor het verwerken van spectra bestaat al het een en ander. De beeldvorming is iets nieuws, we willen bijvoorbeeld weten waar precies binnen een pixel het foton is ingeslagen.’ Dat kan door statistische analyse van een reeks van waarnemingen.

De e-ELT maakt gebruik van ‘Adaptive Optics’, een manier om atmosferische storingen te corrigeren. De telescoop ziet naast de sterren ook een laserbundel geprojecteerd. ‘Dat is een puntbron, dus daarmee is het mogelijk vervormingen te meten.’ Beweegbare spiegels compenseren daarvoor, zodat de vervormingen verdwijnen.

Naast deze eerste correctie zal in MICADO zelf nog een correctiemechanisme zitten, de Atmospheric Dispersion Corrector. Die moet voor de afbuiging van het licht in de atmosfeer corrigeren. Dit cruciale onderdeel in MICADO wordt gebouwd in Dwingeloo, onder leiding van Ramon Navarro van de landelijke onderzoekschool voor sterrenkunde NOVA.

‘Het ideaal dat dit correctiemechanisme en de software zo bij elkaar om de hoek wordt gebouwd’, zegt Verdoes Kleijn. ‘De hardware en de software spelen elk een rol bij het verkrijgen van een optimale beeldkwaliteit. Dan is het handig om dicht bij elkaar te zitten.’ En dan zit de ‘scientific director’ voor het instrument ook nog op de gang in het Kapteyn Instituut.

‘We bouwen onze expertise steeds verder uit’, is de boodschap van de drie Noord-Nederlandse MICADO-leiders. Voor hun deelname aan MICADO kunnen ze starten met kennis van software en hardware die ze eerder hebben ontwikkeld voor andere instrumenten, zoals OmegaCAM en Xshooter. ‘Met de ongelooflijke sprong in precisie van MICADO doen we nieuwe kennis op die we ook na 2024 weer kunnen gebruiken.’

De e-ELT zal straks een groter oplossend vermogen hebben dan de Hubble ruimtetelescoop en diens opvolger, de James Webb Space Telescope. En RUG-sterrenkundige zitten op de eerste rij om hiervan te profiteren. Hun Leidse collega’s werken overigens mee aan een tweede instrument, Metis, dat beelden en spectra maakt in het infrarood gebied. De Nederlandse sterrenkunde blijft goed presteren.

Meer informatie bij ESO en het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics.