Nieuw instrument gaat Gaia missie aanvullen

Hoogleraar sterrenkunde Amina Helmi onderzoekt hoe de Melkweg zijn huidige vorm heeft gekregen. Daarvoor is gedetailleerde informatie nodig over de beweging en chemische samenstelling van sterren. De Gaia-satellietmissie, waarin zij een belangrijke rol speelt, heeft al heel wat gegevens verzameld. Inmiddels is Helmi ook betrokken bij een nieuw instrument voor een telescoop op aarde, dat nog meer metingen zal opleveren.

De sterren lijken een vaste positie aan de hemel te hebben. Maar in werkelijkheid bewegen ze met hoge snelheden. Sommige sterren volgen een rare baan. ‘Dat is omdat ze niet in de Melkweg zijn geboren, maar in een ander sterrenstelsel dat door het onze is opgeslokt’, legt Eduardo Balbinot uit. Hij is postdoc in de groep van Helmi waar hij de geschiedenis van de Melkweg onderzoekt en meewerkt aan de bouw van 4MOST, een nieuw instrument dat nog meer informatie zal verzamelen over de evolutie van ons sterrenstelsel.

Vingerafdruk

‘Gaia heeft de beweging van ruim een miljard sterren gemeten’, vertelt Balbinot. ‘De meest nauwkeurige metingen zijn gedaan aan relatief heldere sterren. 4MOST gaat nauwkeurige informatie opleveren over de beweging van zwakkere sterren.’ Daarnaast kan 4MOST ook in detail de chemische samenstelling van sterren meten. ‘Die vormt een soort vingerafdruk van de plek waar een ster geboren is.’

Uit de baan die sterren volgen in de halo, de grote sterrenwolk rond de centrale schijf van de Melkweg, kunnen sterrenkundigen berekenen waar ze vandaan komen. ‘Op die manier ontdekken we welke sterren een zelfde oorsprong hebben, zoals een kleine sterrenhoop of een sterrenstelsel dat door de aantrekkingskracht van de Melkweg is opgeslokt.’ Maar als dit opslokken lang geleden plaatsvond, is de beweging van de sterren inmiddels sterk beïnvloedt door zwaartekrachteffecten binnen de Melkweg. Dat maakt het lastig te achterhalen waar ze vandaan komen. ‘In dat geval kan de chemische samenstelling bevestigen dat bepaalde sterren bij elkaar horen.’

Gigantische fusie

Amina Helmi is ‘Principal Investigator’ van de ‘Melkweg halo lage resolutie survey’, een van de negen geplande waarnemings-programma’s van 4MOST. Deze is gericht op sterren uit de halo, waarvan de meeste afkomstig zijn uit fusies met andere sterrenstelsels. Vorig jaar beschreven Helmi en collega’s al een gigantische fusie met een stelsel dat ‘Gaia-Enceladus’ is genoemd, die 10 miljard jaar geleden plaatsvond. ‘Helmi wil nu verder uitzoeken hoeveel fusies er zijn geweest om de Melkweg te vormen tot wat hij nu is’, zegt Balbinot.

De RUG is partner in de ontwikkeling van het instrument, samen met de landelijke onderzoekschool voor sterrenkunde NOVA. ‘De kalibratie-module wordt gebouwd door de NOVA groep bij Astron in Dwingeloo’, vertelt Balbinot. ‘Het is mijn taak om tijdens de ontwikkeling hiervan feedback te geven namens de toekomstige gebruikers.’

4MOST zal een bijzondere techniek gebruiken om sterren te bestuderen. De telescoop ontvangt licht uit een vrij groot gebied aan de hemel. Dat licht valt niet zoals gebruikelijk direct op een CCD camera of ander optisch instrument, maar wordt bemonsterd met behulp van ruim tweeduizend glasvezels. ‘De glasvezels worden op basis van de Gaia sterrencatalogus op een specifieke plek geplaatst’, legt Balbinot uit. Elke glasvezel brengt zo licht van een specifieke ster naar een spectrometer, die het analyseert. Op deze manier kan de telescoop een groot aantal sterren gelijktijdig waarnemen.

Sterrenhemel

Het betekent ook dat de negen waarnemingsprogramma’s gelijktijdig worden uitgevoerd. Een computerprogramma bepaalt welke objecten binnen het beeld van de telescoop aan de beurt zijn, gebaseerd op onder meer de observatiecondities zoals het weer, en de eigenschappen van het object. In totaal zal 4MOST twintig miljoen sterren bestuderen, waarvan drie miljoen in hoge resolutie. De negen programma’s zullen 70 procent van de waarneemtijd gebruiken, wat samen miljoenen glasvezel-uren oplevert. De rest van de tijd is beschikbaar voor nieuwe voorstellen van sterrenkundigen.

Het instrument is momenteel nog in aanbouw. Over ongeveer twee jaar moet 4MOST aan de Europese VISTA infrarood telescoop in Chili zitten, voor een programma van vijf jaar waarin de zuidelijke sterrenhemel wordt bestudeerd. Net als bij Gaia zitten Amina Helmi en haar medewerkers in de kopgroep van dit programma – waarin ze nog meer zullen leren over de vraag hoe de Melkweg zijn huidige vorm heeft gekregen.

Lees hier meer over het onderzoek van Amina Helmi
Zie ook: Zoveel sterren, zo weinig vrouwen