Eerste licht voor exoplanetencamera SPHERE

Eerste licht voor exoplanetencamera SPHEREClick here for a high res image. Klik hier voor een hoge resolutie foto.

 

SPHERE - het Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch-instrument - is geïnstalleerd op de Very Large Telescope (VLT) van de ESO-sterrenwacht op Paranal in Chili en heeft zijn eerste licht opgevangen. Deze krachtige nieuwe faciliteit voor het opsporen en onderzoeken van exoplaneten maakt gebruik van een combinatie van allerlei geavanceerde technieken. Hij levert spectaculair betere prestaties dan bestaande instrumenten en heeft al bij zijn eerste waarnemingen indrukwekkende beelden gemaakt van stofschijven rond nabije sterren en andere objecten. SPHERE is ontwikkeld en gebouwd door een consortium van vele Europese instituten, onder leiding van het Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, Frankrijk, in samenwerking met ESO. Naar verwachting zal SPHERE een revolutie teweegbrengen in het onderzoek van exoplaneten en circumstellaire schijven.

Eén van de drie camera's van SPHERE is de polarimeter ZIMPOL, die in een nauwe samenwerking tussen de ETH Zürich, de NOVA Optische/ Infrarood Instrumentatiegroep bij ASTRON in Dwingeloo en de Universiteit van Amsterdam (UvA) is ontworpen en gebouwd. Johan Pragt, project manager van ZIMPOL en hoofd Mechanics van ASTRON: ‘SPHERE is een uniek instrument om planeten te vinden buiten ons eigen zonnestelsel. De Nederlandse bijdrage voor het instrument gebruikt een speciale meetmethode die zogenaamde polarisatieverschillen van het licht heel nauwkeurig kan meten. Dit instrument kan specifiek planeten vinden met een atmosfeer eromheen, maar ook scherpe brokstukken van nog te ontstane planeten of juist oude planeetringen.'

De NOVA Optische/ Infrarood Instrumentatiegroep bij ASTRON in Dwingeloo heeft aan het optische, mechanische en systeemontwerp bijgedragen aan dit Nederlandse deel van het instrument. Het is geheel samen gebouwd en uitgebreid getest in Dwingeloo. Daarna is het instrument verscheept naar Grenoble voor integratie met het totale instrument en sinds kort dus ook in Chili geïnstalleerd op de Very Large Telescope (VLT), tevens in samenwerking met de NOVA Optisch/ Infrarode Instrumentatiegroep. De astronomische gemeenschap in Nederland en daarbuiten krijgt nu hun langverwachte mogelijkheid voor directe planetendetectie.

Nadat SPHERE in december 2013 zijn laatste test had doorstaan, werd hij naar Paranal verscheept. Daar aangekomen is hij weer voorzichtig in elkaar gezet en aan Unit Telescope 3 van de VLT gekoppeld. SPHERE is de laatste van de tweede generatie van instrumenten voor de VLT (de eerste drie waren X-shooter, KMOS en MUSE).

Dankzij een combinatie van geavanceerde technieken kan SPHERE contrastrijkere opnamen van exoplaneten maken dan zijn voorgangers - hij overtreft NACO, waarmee de eerste rechtstreekse opname van een exoplaneet is gemaakt ruimschoots. Om tot deze indrukwekkende prestaties te komen, moesten nieuwe technieken worden ontwikkeld, met name op het gebied van adaptieve optiek, speciale detectors en coronagraafcomponenten.

‘SPHERE is een heel ingewikkeld instrument. Dankzij de grote inzet van de vele mensen die bij zijn ontwerp, bouw en installatie waren betrokken, heeft hij onze verwachtingen nu al overtroffen. Geweldig!' zegt Jean-Luc Beuzit van het Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble en principal investigator van SPHERE.

Het belangrijkste doel van SPHERE is om grote exoplaneten bij nabije sterren op te sporen en te karakteriseren door middel van rechtstreekse opnamen [1]. Dat is een uiterst moeilijke taak, omdat zulke planeten zich vanaf de aarde gezien heel dicht bij hun moederster bevinden en heel weinig licht geven. Op een normale opname gaat de zwakke gloed van de planeet volkomen verloren in het licht van de ster. Daarom is het hele ontwerp van SPHERE erop gericht om een zo hoog mogelijk contrast te bereiken in het kleine stukje hemel rond de verblindende ster.

De eerste van de drie baanbrekende technieken die door SPHERE worden benut is de extreem adaptieve optiek die corrigeert voor het vertroebelende effect van de aardatmosfeer. Dat maakt de opnamen scherper en vergroot het contrast van de exoplaneet. In de tweede plaats wordt een coronagraaf gebruikt om het licht van de ster af te schermen en het contrast nog verder te vergroten. En ten slotte wordt zogeheten differentiële beeldweergave toegepast - een techniek die gebruik maakt van de verschillen tussen het licht van de planeet en zijn ster in termen van kleur en polarisatie. Deze subtiele verschillen kunnen worden gebruikt om exoplaneten in beeld te brengen die normaal gesproken niet waarneembaar zijn (ann13069, eso0503) [2].

SPHERE is ontwikkeld en gebouwd door de volgende instituten: Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble; Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg; Laboratoire d'Astrophysique de Marseille; Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique de l'Observatoire de Paris; Laboratoire Lagrange in Nice; ONERA; Observatoire de Genève; Italian National Institute for Astrophysics coordinated by the Osservatorio Astronomico di Padova; Institute for Astronomy, ETH Zurich; Astronomisch Instituut Anton Pannekoek van de Universiteit van Amsterdam; de Optische-Infrarood-Instrumentatiegroep van de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA) en ESO.

Tijdens de eerste waarnemingen zijn de vele verschillende observatiemodes van SPHERE op allerlei testobjecten losgelaten. Daarbij is een van de beste opnamen tot nu toe gemaakt van de stofring rond de nabije ster HR 4796A. Deze laat niet alleen de ring ongekend duidelijk zien, maar toont ook aan hoe goed SPHERE in staat is om de gloed van de heldere ster in het midden van de foto te onderdrukken.

Na verdere uitgebreide tests en proefwaarnemingen zal SPHERE later in 2014 ter beschikking worden gesteld van de wetenschappelijke gemeenschap.



Bijschrift foto boven: System Engineer Ronald Roelfsema (NOVA Optische/ Infrarood Instrumentatiegroep) bij de Very Large Telescope (VLT) in Chili na de installatie van SPHERE. De Nederlandse bijdrage stond onder technische leiding van Ronald en is nu klaar voor de 'planeten jacht'.

Noten

[1] De meeste exoplaneten die we nu kennen zijn ontdekt met behulp van indirecte technieken, zoals metingen van de schommelbeweging van de moederster of van de kleine helderheidsafname van een ster die optreedt wanneer er een planeet voorlangs schuift. Tot nu toe zijn nog maar van enkele exoplaneten rechtstreekse opnamen gemaakt (eso0515, eso0842).

[2] SPHERE gebruikt nog een ander, veel eenvoudiger trucje: veel opnamen van een object maken terwijl het beeld wordt verdraaid. Details op de opnamen die meedraaien zijn artefacten van het beeldvormingsproces, details die op hun plek blijven zijn echte hemelobjecten.

Zie voor meer informatie en foto's het originele persbericht op:

http://www.eso.org/public/netherlands/news/eso1417/

Design: Kuenst.    Development: Dripl.    © 2020 ASTRON