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. 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: het Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, het Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, het Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, het Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique de l’Observatoire de Paris, het Laboratoire Lagrange in Nice, ONERA, het Observatoire de Genève, het Osservatorio Astronomico di Padova, het ETH Institute for Astronomy in Zürich, het Sterrenkundig Instituut van de Universiteit van Amsterdam, het Nederlands Instituut voor Radioastronomie ASTRON en ESO.
Tijdens de eerste waarnemingen zijn de vele verschillende observatiemodes van SPHERE op allerlei testobjecten losgelaten. Daarbij is de tot nu toe beste opname 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. ‘Dit is nog maar het begin. SPHERE is een uniek krachtig hulpmiddel dat de komende jaren zeker nog vele spannende verrassingen aan het licht zal brengen,’ aldus Jean-Luc Beuzit.
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.
Meer informatie
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
