Op 14 februari is ESA's ruimtetelescoop Euclid met zijn onderzoek van het donkere heelal begonnen. De komende zes jaar zal Euclid miljarden sterrenstelsels observeren in 10 miljard jaar kosmische geschiedenis. Euclid, een van de meest nauwkeurige en stabiele ruimtetelescopen ooit gebouwd, werd gelanceerd op 1 juli 2023. Tijdens de eerste maanden in de ruimte hebben teams in heel Europa de missie aangezet, getest en voorbereid op routinematige wetenschappelijke waarnemingen. Deze 'routine' wetenschappelijke waarnemingen zijn echter geen peulenschil.
50 000 sterrenstelsels in één opname
Een van de sterke punten van Euclides is dat hij een groot deel van de hemel in één keer kan waarnemen. Dit is cruciaal voor een missie die als hoofddoel heeft om in zes jaar meer dan een derde van de hemel in kaart te brengen. Euclid zal een zogenaamde 'step-and-stare' waarnemingsmodus volgen. Dit betekent dat de telescoop ongeveer 70 minuten naar één gebied aan de hemel zal staren en beelden en spectra zal produceren, waarna het vier minuten duurt om naar het volgende gebied aan de hemel te gaan. Tijdens zijn hele missie zal Euclid meer dan 40 000 van deze 'pointings' uitvoeren. "Dankzij zijn brede blik op de kosmos en zijn lange belichtingstijd en gevoeligheid is het aantal sterrenstelsels dat Euclides in één pointing kan zien enorm", legt Roberto Scaramella uit, Euclid-surveywetenschapper aan het Nationaal Instituut voor Astrofysica (INAF) in Italië en sinds het begin van de missie leider van de onderzoeksgroep van het consortium.
Roberto moest ervoor zorgen dat het onderzoek zo ontworpen werd dat het aan de wetenschappelijke doelen voldeed. Een van de hoofddoelen van Euclid is om de vormen van miljarden sterrenstelsels over miljarden jaren kosmische geschiedenis gedetailleerder dan ooit tevoren te meten, om zo een 3D-beeld te krijgen van de verdeling van donkere materie in ons heelal. "Om de individuele vervormingen van sterrenstelsels door donkere materie te bestuderen, moeten we minstens 1,5 miljard sterrenstelsels observeren. Euclid zal de vormen van ongeveer 50.000 sterrenstelsels met de benodigde nauwkeurigheid in één keer waarnemen, en zal nog veel meer zwakke sterrenstelsels ontdekken," voegt Roberto toe. Maar al snel nadat de instrumenten van Euclid voor het eerst waren ingeschakeld, realiseerde het team zich dat het hele onderzoek opnieuw moest worden ontworpen.
Een mentaliteitsverandering
Het probleem was dat een kleine hoeveelheid ongewenst zonlicht onder bepaalde hoeken het zichtbare instrument (VIS) van Euclid bereikte, zelfs met het zonneschild (de achterkant) van het ruimteschip naar de zon gekeerd. "Het oorspronkelijke plan was dat Euclides met het zonneschild naar de zon gericht zou blijven. Maar al snel na de lancering werd er storend licht van de zon gedetecteerd in de testbeelden," legt Ismael Tereno van de Universiteit van Lissabon in Portugal uit. Hij is de leider van het ondersteuningsteam van de Euclid-onderzoeksoperaties, dat wordt ondersteund door het Portugese Ruimtevaartagentschap. "Na intensieve probleemoplossing ontdekten de wetenschappelijke, technische en industriële teams dat om dit licht te laten verdwijnen, Euclid moest observeren met een andere oriëntatie (stand) ten opzichte van de zon. Dit betekende dat het oorspronkelijke onderzoeksontwerp niet langer zou werken. We moesten snel een nieuwe strategie bedenken, implementeren en testen," voegt João Dinis toe, ook van de Universiteit van Lissabon, Portugal, die samen met Ismael verantwoordelijk was voor het (her)ontwerp van de peiling.
Om het effect van 'strooizonlicht' te minimaliseren, ontdekten de teams dat Euclid met een beperktere rotatiehoek moet waarnemen, zodat het zonneschild niet direct naar de zon gericht is, met een kleine maar impactvolle kanteling in één richting. Met deze nieuwe beperkte stand konden delen van de hemel vanaf geen enkel punt in Euclides baan rond L2 worden bereikt. "Het bleek erg moeilijk om een goede meetoplossing te vinden en we moesten terug naar de tekentafel," herinnert Ismael zich.
Een gigantische puzzel
Het was het begin van een zeer intensieve fase voor João, Ismael en de onderzoeks- en wetenschappelijke teams. "João had snel door wat er moest worden veranderd en werkte vervolgens de klok rond om een werkbaar herontwerp voor te stellen," zegt Ismael. Het ontwerpen van de Euclid-survey was een gigantische puzzel. Naast de wetenschappelijke doelen en de hoek van waaruit Euclid moest observeren, waren er nog veel meer factoren waarmee rekening moest worden gehouden. Het grootste deel van de waarnemingen van de missie zal worden gewijd aan een 'wide survey', die meer dan een derde van de hemel bestrijkt. De 'wide survey' wordt aangevuld met een 'deep survey', die ongeveer 10% van de totale waarneemtijd in beslag neemt. Daarnaast moesten er ook routinematige kalibratiewaarnemingen worden gepland om de puzzel te passen.
Xavier Dupac, ESA-surveywetenschapper voor het Science Operation Centre bij ESAC in Spanje, zorgde ervoor dat de survey die João, Ismael en het team hadden ontworpen, kon worden uitgevoerd. "We moeten bijvoorbeeld rekening houden met de tijd die het ruimteschip nodig heeft om van de ene waarnemingspositie naar de andere te draaien. Deze tijden moeten worden opgenomen in het onderzoeksontwerp naast de werkelijke waarneemtijd," legt Xavier uit. Uiteindelijk kwamen de teams met een werkbare oplossing die betekende dat er meer overlappingen tussen aangrenzende waarnemingen moesten worden gemaakt. Euclid's waarneming is nu iets minder efficiënt, maar alle benodigde gebieden aan de hemel kunnen worden bereikt en het totale verlies aan waarnemingsgebied is tot een minimum beperkt. "De teams hebben heel hard gewerkt om de survey in korte tijd te herontwerpen, dit is een grote prestatie," zegt Valeria Pettorino, Euclid projectwetenschapper voor ESA. "En dit is niet het einde van het verhaal. Naarmate de missie vordert en de wetenschappelijke resultaten binnenkomen, zullen de teams doorgaan met het optimaliseren van de survey en klaar staan om deze aan te passen als dat nodig is."
Vooruitblik op het eerste onderzoeksjaar van Euclid
Vandaag is Euclid officieel begonnen met zijn onderzoek. De telescoop zal de komende 14 dagen een gebied van 130 vierkante graden observeren - meer dan 500 keer de oppervlakte van de volle maan. Dit gebied ligt in de richting van de sterrenbeelden Caelum en Pictor op het zuidelijk halfrond. Het komende jaar zal Euclid ongeveer 15% van zijn onderzoek bestrijken. Dit eerste jaar van kosmologiegegevens zal in de zomer van 2026 aan de gemeenschap worden vrijgegeven. Een kleinere publicatie van diepe veldwaarnemingen is gepland voor het voorjaar van 2025.
Over Euclid
Euclid is een Europese missie, gebouwd en beheerd door ESA, met bijdragen van NASA. Het Euclid Consortium, bestaande uit meer dan 2000 wetenschappers van 300 instituten in 13 Europese landen, de VS, Canada en Japan, was verantwoordelijk voor het leveren van de wetenschappelijke instrumenten en zal de wetenschappelijke gegevensanalyse verzorgen. ESA selecteerde Thales Alenia Space als hoofdaannemer voor de bouw van de satelliet en de servicemodule. Airbus Defence and Space werd gekozen om de laadmodule te ontwikkelen, inclusief de telescoop. NASA leverde de detectoren van de Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP). Euclid is een missie van de middenklasse in het Cosmic Vision-programma van ESA.
Bron: ESA
