23 juni 2021

First light voor ALMA!

De Antennestelsels, gefotografeerd door Credits: ALMA. (NRAO/AUI/NSF), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), HST (NASA, ESA, and B. Whitmore (STScI)); Davide de Martin, NASA; W. Garnier, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)    

De meest complexe sterrenwacht ter wereld, de nog in aanbouw zijnde Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), is officieel door astronomen in gebruik genomen. De eerste vrijgegeven ‘first light’ opname van de zogenaamde Antennestelsels – hier in origineel formaat (76 Mb) – geeft een beeld van het heelal zoals dat met normale en infraroodtelescopen niet te zien is. Duizenden wetenschappers van over de hele wereld hebben met elkaar gewedijverd om bij de eerste onderzoekers te horen die met dit nieuwe astronomische instrument de donkerste, koudste, verste en best verborgen geheimen van de kosmos mogen onderzoeken. Momenteel is ongeveer een derde van de 66 radioantennes waaruit ALMA uiteindelijk zal bestaan gereed. Deze staan verspreid over een afstand van maximaal 125 meter op de Chajnantor-hoogvlakte in het noorden van Chili, vijfduizend meter boven zeeniveau. Pas in een later stadium zal het verspreidingsgebied worden uitgebreid tot maximaal zestien kilometer. Maar nu al is ALMA de beste telescoop in zijn soort, wat verklaart waarom zo buitengewoon veel astronomen een verzoek om waarnemingstijd hebben ingediend. ALMA ontvangt millimeter- en submillimetergolven uit het heelal – straling met golflengten die ruwweg duizend keer zo lang zijn als die van zichtbaar licht. Deze lange golflengten stellen astronomen in staat om extreem koude objecten in de ruimte te onderzoeken, zoals de dichte wolken van kosmisch stof en gas waaruit sterren en planeten ontstaan. Ook kunnen met ALMA zeer verre objecten in het jonge heelal worden waargenomen. ALMA verschilt sterk van gewone en infraroodtelescopen. Het is een opstelling van onderling verbonden schotelantennes die als één grote telescoop fungeren. Doordat de waargenomen straling veel langgolviger is dan zichtbaar licht, zien de beelden die ALMA maakt er heel anders uit dan de vertrouwde fotografische opnamen van de kosmos. In voorbereiding op de eerste ronde van wetenschappelijke waarnemingen, de zogeheten Early Science-fase, is het ALMA-team de afgelopen maanden druk bezig geweest met het testen van de systemen van de nog onvoltooide sterrenwacht. Een van de resultaten van die tests is de eerste ALMA-opname die wordt gepubliceerd. De meeste waarnemingen die werden gebruikt om deze opname van de zogeheten Antennestelsels te maken, zijn met slechts twaalf antennes tegelijk gedaan – veel minder dan er zullen worden ingezet bij de eerste wetenschappelijke waarnemingen, waarbij de afstanden tussen de antennes bovendien veel verder groter zullen zijn. Door deze beperkingen moet de nieuwe opname vooral als een voorproefje worden gezien. Naarmate het aantal beschikbare antennes stijgt en hun onderlinge afstanden worden vergroot, zal de scherpte, gevoeligheid en kwaliteit van de ALMA-waarnemingen sterk toenemen.

De Antennestelsels zijn twee vervormde sterrenstelsels die met elkaar in botsing zijn. Waar we op zichtbare golflengten de sterren van beide stelsels zien, toont ALMA ons iets wat in zichtbaar licht niet waarneembaar is: de wolken van dicht, koud gas waaruit nieuwe sterren ontstaan. Dit is de beste submillimeter-opname die ooit van deze stelsels is gemaakt. Niet alleen in de kernen van de beide sterrenstelsels zijn sterke gasconcentraties te zien, ook in het chaotische gebied waar ze elkaar treffen. Hier bevindt zich een gasvoorraad van miljarden zonsmassa’s – een rijk reservoir van materiaal voor toekomstige generaties van sterren. Waarnemingen als deze openen een nieuw venster op het submillimeter-heelal en geven meer inzicht in het verband tussen intergalactische botsingen en de vorming van nieuwe sterren. Dit is slechts een van de voorbeelden van hoe ALMA ons aspecten van het heelal kan laten zien die niet waarneembaar zijn met gewone en infraroodtelescopen. In deze eerste Early Science-fase van ALMA, die negen maanden duurt, was ruimte voor een honderdtal projecten. De afgelopen maanden hebben gretige astronomen van over de hele wereld echter ruim negenhonderd waarnemingsvoorstellen ingediend. Zo’n negenvoudige overtekening is ongekend voor een nieuwe telescoop. De geselecteerde projecten zijn uitgekozen op basis van hun wetenschappelijke merites, hun regionale diversiteit en hun relevantie voor de belangrijkste wetenschappelijke doelstellingen van ALMA. “We zijn getuige van een onvergetelijk moment in de geschiedenis van de wetenschap en het astronomische onderzoek, ja zelfs in de geschiedenis van de mensheid”, zegt Thijs de Graauw, directeur van ALMA. Er zijn drie waarnemingsvoorstellen gehonoreerd die door Nederlandse sterrenkundigen worden geleid. “Ons land heeft daarmee internationaal gezien zeer goed gescoord”, zegt Michiel Hogerheijde, programma-directeur van Allegro, het ALMA-expertisecentrum voor Nederland. “Daarnaast zijn Nederlandse sterrenkundigen betrokken bij een flink aantal internationale projecten, en we zien er naar uit om hen te assisteren met de verwerking en interpretatie van hun ALMA-gegevens.” Allegro is onderdeel van een Europees netwerk van expertisecentra, het zogenoemde European ALMA Regional Center, en neemt onder andere deel aan het testen van ALMA in Chili. Een van de drie Nederlandse projecten wordt geleid door ágnes Kóspál, verbonden aan de Sterrewacht Leiden. Samen met haar internationale team gaat zij ALMA gebruiken om te speuren naar gas rondom de 30 miljoen jaar oude ster HD 21997. “Ons doel is te achterhalen of dit gas overgebleven is van de vorming van de ster, of dat het voortdurend aangevuld wordt door de verdamping van planetoïden en kometen. ALMA zal ons veel kunnen vertellen over de processen die zich 4,5 miljard jaar geleden ook in de omgeving van de pasgevormde zon hebben afgespeeld”, licht Kóspál toe.

Credits: (NRAO/AUI/NSF), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), HST (NASA, ESA, and B. Whitmore (STScI)); Davide de Martin, NASA; W. Garnier, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Het tweede grote ALMA-project met een Nederlandse Principal Investigator (PI) is dat van de kersverse Spinozapremie-laureaat Heino Falcke van de Radboud Universiteit in Nijmegen. Op 26.000 lichtjaar van ons vandaan, in het centrum van ons melkwegstelsel, bevindt zich Sagittarius A*, een superzwaar zwart gat dat vier miljoen keer zoveel massa bevat als onze zon. Het zicht op dit object wordt door gas en stof aan onze optische telescopen onttrokken. ALMA kan echter door deze galactische mist heen kijken en ons een intrigerende blik op Sagittarius A* bieden. Falcke: “ALMA zal ons de lichtflitsen laten zien die uit de omgeving van dit superzware zwarte gat komen, en opnamen maken van het gas dat in de greep is van zijn immense aantrekkingskracht. Dat stelt ons in staat om de slordige eetgewoonten van dit monster te bestuderen. We vermoeden dat een deel van het gas met bijna de snelheid van het licht aan zijn greep ontsnapt” De Leidse sterrenkundige en Spinozapremiewinnaar Ewine van Dishoeck is bij vijf waarneemvoorstellen betrokken, en zal er één als PI leiden. Van Dishoeck gaat met haar team kijken naar de gaten in stofschijven rond jonge sterren, waarin planeten waarschijnlijk op dit moment worden gevormd. De vraag is hoeveel gas er nog in die gaten zit en of het voldoende is om nog een of meerdere reuzeplaneten te vormen. Daarbij wordt niet alleen de fysica bestudeerd, maar ook de chemische samenstelling van het gas. “Dit onderzoek kan alleen gedaan worden met de in Nederland gebouwde zeer gevoelige Band 9-ontvangers in de ALMA-antennes”, zegt Van Dishoeck. Eerdere waarnemingen met het infrarood-instrument VISIR op de Very Large Telescope in Chili lieten al zien dat sommige van die gaten nog grote hoeveelheden polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) bevatten. Van Dishoeck wil de vraag beantwoorden of dit betekent dat er ook andere (complexe) moleculen aanwezig zijn.

Kosmisch stof en koud gas markeren structuren binnen sterrenstelsels, zelfs als we die sterrenstelsels niet duidelijk kunnen zien. Aan de grenzen van het voor ons waarneembare heelal bevinden zich de mysterieuze starburst-stelsels – heldere eilanden in een verder rustig en donker heelal. ALMA zal daar gaan jagen op sporen van koud gas en stof die teruggaan tot een paar honderd miljoen jaar na de oerknal, een tijd die astronomen de ‘kosmische dageraad’ noemen. Tijdens de Early Science-waarnemingen zal hoog op de afgelegen Chajnantor-hoogvlakte in de dorre Atacamawoestijn in de Chileense Andes gewoon worden doorgewerkt aan ALMA. Stuk voor stuk zullen er nieuwe klimaatbestendige antennes worden toegevoegd, die via glasvezelkabels met de array worden verbonden. De beelden van elke verre antenne worden door een van de snelste voor dit speciale doel ontworpen supercomputers tot één groot beeld samengevoegd. Deze ALMA-correlator kan 17 biljard bewerkingen per seconde uitvoeren. In 2013 zal ALMA bestaan uit 66 uiterst precieze millimeter/submillimeter-schotelantennes, verspreid over een maximaal zestien kilometer groot gebied, die als één telescoop zullen samenwerken. De schotelantennes zijn gebouwd door ALMA’s multinationale partners in Europa, Noord-Amerika en Oost-Azië. Bron: NOVA.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.