Na uitgebreide voorbereidingen door het ESPRESSO-consortium (onder leiding van de sterrenwacht van de Universiteit van Genève en met medewerking van onderzoekscentra uit Italië, Portugal, Spanje en Zwitserland) en personeel van ESO, heeft ESO’s Directeur-generaal Xavier Barcons met de druk op een knop in de controlekamer deze historische astronomische waarneming in gang gezet. ESPRESSO-instrumentwetenschapper bij ESO, Gaspare Lo Curto, legt de historische betekenis van deze gebeurtenis uit: ‘ESO heeft een droom gerealiseerd die dateert uit de tijd dat de VLT in de jaren 80 werd ontworpen: het combineren van het licht van alle vier de Unit-telescopen op Cerro Paranal om één enkel instrument te voeden!’
Wanneer de vier 8,2-meter telescopen hun licht-verzamelende vermogen bundelen om één enkel instrument te voeden, is de VLT effectief de grootste optische telescoop ter wereld. Hij is dan vergelijkbaar met enkelvoudige telescoop met een opening van 16 meter. Twee van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van ESPRESSO zijn het ontdekken en karakteriseren van aarde-achtige planeten en het zoeken naar mogelijke variaties in fundamentele natuurkundige constanten. Deze laatste experimenten vereisen waarnemingen van verre en zwakke quasars, en hebben het meeste baat bij het combineren van het licht van alle vier de Uni-telescopen in ESPRESSO. Voor beide doelen is het nodig dat het instrument en de referentielichtbron extreem stabiel zijn.
Vanwege de complexiteit die hiermee gemoeid is, kon het op deze manier bundelen van het licht van alle vier de Unit-telescopen, in het zogeheten ‘incoherente brandpunt’, tot nu toe niet worden verwezenlijkt. Van meet af aan was er echter ruimte vrijgehouden in de telescopen en in de ondergrondse structuur van de bergtop waarop deze staan [2]. Een stelsel van spiegels, prisma’s en lenzen brengt het licht van elke Unit-telescoop van de VLT over een afstand van maximaal 69 meter naar de ESPRESSO-spectrograaf. Met behulp van deze complexe optiek kan ESPRESSO het licht twee of meer Unit-telescopen bundelen, waardoor ofwel het licht-opvangende vermogen van de VLT wordt vergroot of het licht van een van de afzonderlijke Unit-telescopen wordt ontvangen, wat een flexibeler gebruik van waarnemingstijd mogelijk maakt. ESPRESSO is speciaal ontwikkeld om deze infrastructuur optimaal te benutten.
Het licht van de vier Unit-telescopen wordt normaal gesproken bijeengebracht in de VLT-interferometer voor onderzoek van uiterst fijne details in relatief heldere objecten. Maar interferometrie, die de lichtbundels ‘coherent’ combineert, kan het enorme licht-verzamelende potentieel van de gecombineerde telescopen niet gebruiken voor het onderzoek van zwakke objecten [3]. Projectwetenschapper Paolo Molaro zegt: ‘Deze indrukwekkende mijlpaal vormt het hoogtepunt in het werk waar een groot team van wetenschappers en ingenieurs vele jaren mee bezig is geweest. Het is prachtig om ESPRESSO te zien werken met alle vier de Unit-telescopen en ik kijk uit naar de spannende wetenschappelijke resultaten die komen gaan.’
Door het gecombineerde licht aan één enkel instrument te voeden, krijgen astronomen toegang tot informatie die nooit eerder beschikbaar was. Deze nieuwe faciliteit betekent een doorbraak in het astronomische onderzoek met hoge-resolutiespectrografen. Ze maakt gebruik van nieuwe concepten, zoals golflengtekalibratie met behulp van een laserfrequentiekam die een ongekende nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid biedt, evenals de mogelijkheid om het licht-verzamelende vermogen van de vier afzonderlijke Unit-telescopen te bundelen [4]. ‘ESPRESSO die met alle vier de Unit-telescopen werkt, geeft ons een verlokkelijk voorproefje van wat de volgende generatie telescopen, zoals de Extremely Large Telescope van ESO, over een paar jaar te bieden zal hebben’, besluit ESO’s directeur-generaal, Xavier Barcons.
Noten
[1] ESPRESSO – de planetenjager van de volgende generatie – deed op 6 december 2017 zijn allereerste waarnemingen met slechts één van de vier 8,2-meter Unit-telescopen van de VLT.
[2] De term ‘incoherent’ geeft aan dat het licht van de vier telescopen simpelweg bij elkaar wordt opgeteld, zonder dat gebruik wordt gemaakt van de fase-informatie, zoals bij de VLT-interferometer.
[3] De nieuwe incoherente combinatie van licht resulteert in een licht-verzamelend vermogen dat vergelijkbaar is met dat van een 16-meter telescoop. De hoekresolutie blijft echter gelijk aan die van een enkelvoudige 8-meter telescoop. Hierin onderscheidt deze techniek zich van de interferometrie, waarbij de resolutie wordt opgevoerd tot die van een (virtuele) telescoop met een effectieve opening die gelijk is aan de maximale afstand tussen de deelnemende telescopen.
[4] De ‘AstroComb’, een golflengtekalibratiesysteem dat gebaseerd is op een laserfrequentiekam, is ontwikkeld en geproduceerd door Menlo Systems GmbH in Martinsried, Duitsland.
