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: 1 Sterren 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. 2 Het 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. 3 Eerste 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. 4 Gammaflitsen — 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. 5 De 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. 6 Oudste 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

7 Opvlammingen 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. 8 Directe 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. 9 Rijkste 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. 10 Sterbewegingen 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