Breakthrough Watch, het mondiale astronomische programma dat naar aarde-achtige planeten rond nabijgelegen sterren speurt, en de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie van Europa, hebben vandaag bekendgemaakt dat een nieuw instrument van de Very Large Telescope (VLT), bedoeld voor de jacht op exoplaneten, zijn eerste licht heeft opgevangen. Het instrument – de Near Earths in the AlphaCen Region of kortweg NEAR – is ontworpen om planeten op te sporen in de ‘leefbare zones’ van de twee dichtstbijzijnde zonachtige sterren, die deel uitmaken van het Alfa Centauri-stelsel.
De leefbare zone is het gebied rond een ster waar water in vloeibare vorm kan bestaan. NEAR is de afgelopen drie jaar ontwikkeld en gebouwd in samenwerking met de Universiteit van Uppsala in Zweden, de Universiteit van Luik in België, het California Institute of Technology in de VS en Kampf Telescope Optics in München, Duitsland. Op 23 mei zijn astronomen van ESO begonnen aan de eerste tiendaagse reeks VLT-waarnemingen die moeten uitwijzen of zich in dit stersysteem inderdaad een of meer planeten bevinden. De waarnemingen zullen morgen, 11 juni, worden afgesloten. Met het nieuwe instrument kunnen planeten worden gedetecteerd die minimaal tweemaal zo groot zijn als de aarde. Dat gebeurt in het infraroodbereik waar eventuele planeten hun warmtestraling uitzenden en stelt astronomen dus in staat om vast te stellen of de planeet een temperatuur heeft die vloeibaar water toelaat. Met een afstand van 4,37 lichtjaar (ongeveer 38 biljoen kilometer) is het Alfa Centauri-stelsel de meest nabije buur van ons zonnestelsel. Het bestaat uit twee zonachtige sterren, Alfa Centauri A en B, en een rode dwergster, Proxima Centauri. Onze huidige kennis van de planetenstelsels van Alfa Centauri is beperkt.
In 2016 ontdekte een team gebruikmakend van ESO-instrumenten een aarde-achtige planeet die in een baan om Proxima Centauri draait. Maar of ook Alfa Centauri A en B planeten kunnen hebben staat niet vast: het is onduidelijk hoe stabiel de omloopbanen van aarde-achtige planeten in zo’n dubbelster zijn. Alleen waarnemingen van deze eventuele planeten kunnen daar zekerheid over geven. Het fotograferen van zulke planeten is een grote technische uitdaging, omdat het sterlicht dat zij weerkaatsen doorgaans miljarden keren zwakker is dan het licht dat rechtstreeks van hun moedersterren afkomstig is. Het waarnemen van een kleine planeet nabij een ster op enkele lichtjaren afstand kan worden vergeleken met het lokaliseren van een mot die om een straatlantaarn fladdert die tientallen kilometers van je vandaan staat. Om dit probleem op te lossen zijn Breakthrough Watch en ESO in 2016 een samenwerking aangegaan om een speciaal instrument te bouwen: een zogeheten thermische infraroodcoronagraaf. Deze is ontworpen om het grootste deel van het licht van de ster tegen te houden en geoptimaliseerd om het infrarode licht van het warme oppervlak van een om de ster cirkelende planeet op te vangen, in plaats van de geringe hoeveelheid sterlicht die deze weerkaatst. De coronagraaf veroorzaakt als het ware een kunstmatige verduistering van de ster waar de telescoop op gericht is. Dat maakt het mogelijk om veel zwakkere objecten in diens omgeving te detecteren, net zoals objecten in de buurt van de zon (die in het felle zonlicht ‘verdrinken’) zichtbaar worden tijdens een totale zonsverduistering.
De coronagraaf is geïnstalleerd op een van de vier 8-meter-telescopen van de VLT en is in feite een uitbreiding van een bestaand instrument, VISIR, dat daardoor beter geschikt is geworden voor de detectie van infraroodstraling die kenmerkend is voor potentieel leefbare exoplaneten. Vanaf nu kan VISIR zoeken naar warmtesignaturen die vergelijkbaar zijn met die van de aarde, die energie absorbeert van de zon en deze deels weer uitzendt in de vorm van thermische infraroodstraling. NEAR modificeert het bestaande VISIR-instrument op drie manieren, waarbij verschillende geavanceerde technieken worden gecombineerd. Om te beginnen maakt hij het instrument geschikt voor coronagrafie, wat betekent dat het licht van een ster drastisch kan worden gereduceerd, zodat de signaturen van eventuele aarde-achtige planeten zichtbaar worden. Ten tweede gebruikt hij adaptieve optiek om de secundaire spiegel van de telescoop zodanig te vervormen dat de onscherpte die door de aardatmosfeer wordt veroorzaakt wordt gecompenseerd. En tot slot maakt hij gebruik van nieuwe ‘chopping-strategieën’ die beeldruis helpen tegengaan en het instrument bovendien in staat stellen om snel – om de 100 milliseconden – tussen twee doelsterren om te schakelen. Hierdoor kan de beschikbare telescooptijd efficiënter worden benut. ‘We zijn verheugd om samen te werken met ESO bij het ontwerpen, bouwen, installeren en nu gebruiken van dit innovatieve instrument. Als er aarde-achtige planeten rond Alfa Centauri A en B zijn, is dat groot nieuws voor iedereen op onze planeet’, aldus Pete Worden, uitvoerend bestuurder van de Breakthrough Initiatives.
‘ESO stelt haar expertise, bestaande infrastructuur en waarneemtijd op de Very Large Telescope graag ter beschikking voor het NEAR-project’, zegt ESO-projectmanager Robin Arsenault. ‘Dit is een uitgelezen kans, omdat het NEAR-experiment, afgezien van zijn eigen wetenschappelijke doelen, ook een voorloper is van toekomstige instrumenten voor de planetenjacht met de komende Extremely Large Telescope’, zegt Markus Kasper, die namens ESO wetenschappelijk leiding geeft aan NEAR.
‘NEAR is het eerste en (momenteel) enige project dat een leeftbare exoplaneet direct in beeld kan brengen. Dit is een belangrijke mijlpaal. Laten we hopen dat er een grote leefbare planeet om Alfa Centauri A of B draait’, aldus Olivier Guyon, hoofdwetenschapper voor Breakthrough Watch. ‘Mensen zijn van nature ontdekkingsreizigers’, besluit Yuri Milner, oprichter van de Breakthrough Initiatives. ‘Het wordt tijd dat we ontdekken wat er aan de andere kant van het dal ligt. Met deze telescoop kunnen we naar de overkant kijken.’
Noten
De gegevens van het NEAR-experiment zijn onder programma-ID 2102.C-5011 voor iedereen toegankelijk in het ESO-archief. Een voorbewerkt en gecomprimeerd pakket van alle gegevens zal kort nadat de campagne is beëindigd beschikbaar worden gesteld. Bovendien is de op Python gebaseerde PynPoint-tool voor de reductie van beeldgegevens aangepast om NEAR-gegevens te verwerken, en zal deze beschikbaar worden gesteld aan leden van de astronomische gemeenschap die de gegevens willen gebruiken, maar niet over eigen hulpprogramma’s voor datareductie beschikken: https://pynpoint.readthedocs.io/en/latest/near.html.
Breakthrough Watch is een mondiaal astronomisch programma dat gericht is op het identificeren en karakteriseren van planeten rond nabije sterren. Het programma wordt gerund door een internationaal team van experts op het gebied van de detectie en het vastleggen van exoplaneten: https://breakthroughinitiatives.org/initiative/4.
De Breakthrough Initiatives bestaan uit een aantal wetenschappelijke en technologische programma’s, opgericht door Yuri Milner, die het leven in het heelal onderzoeken. Naast Breakthrough Watch gaat het om Breakthrough Listen, de grootste astronomische zoektocht naar tekenen van intelligent buitenaards leven, en Breakthrough Starshot, de eerste serieuze poging om een ruimtesonde te ontwerpen en te ontwikkelen die in staat is om een andere ster te bereiken: https://breakthroughinitiatives.org.
Yuri Milner richtte in 1999 het internetbedrijf Mail.ru op, dat onder zijn leiding uitgroeide tot een van de toonaangevende internetbedrijven van Europa. Hij bracht dat bedrijf in 2010 naar de beurs en richtte DST Global op om zich te concentreren op wereldwijde internetinvesteringen. DST Global werd een van ’s werelds belangrijkste technologie-investeerders en zijn portfolio omvatte enkele van ’s werelds de bekendste internetbedrijven ter wereld, waaronder Facebook, Twitter, WhatsApp, Snapchat, Airbnb, Spotify en Alibaba. Yuri woont met zijn gezin in Silicon Valley.
Yuri studeerde in 1985 af in de theoretische natuurkunde en deed vervolgens onderzoek op het gebied van de kwantumveldentheorie. Yuri en zijn vrouw Julia zochten samenwerking met Sergey Brin, Priscilla Chan en Mark Zuckerberg, Pony Ma en Anne Wojcicki om de Breakthrough Prizes te financieren – de grootste wetenschappelijke onderscheidingen ter wereld, waarmee belangrijke, voornamelijk recente, resultaten op het gebied van de fundamentele fysica, levenswetenschappen en de wiskunde worden geëerd. In juli 2015 lanceerde Yuri samen met Stephen Hawking het 100 miljoen dollar kostende Breakthrough Listen-initiatief om de zoektocht naar buitenaardse intelligentie nieuw leven in te blazen, en in april 2016 lanceerden ze Breakthrough Starshot een technologisch onderzoeksprogramma van eveneens 100 miljoen dollar dat interstellaire reizen mogelijk moet maken: http://www.yurimilner.com.
ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili en strategisch partner Australië. 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) en haar toonaangevende Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen – VISTA, die in het infrarood werkt, en de op zichtbare golflengten opererende VLT Survey Telescope. ESO speelt tevens een belangrijke partnerrol bij twee faciliteiten op Chajnantor, APEX en ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.
Het geavanceerde instrumentarium van ESO’s Very Large Telescope (VLT) is onlangs uitgebreid met het recent gemodificeerde VISIR-instrument (VLT Imager and Spectrometer for mid-Infrared). Dat deed op 21 mei 2019 zijn eerste waarnemingen sinds zijn modificaties om te helpen bij de zoektocht naar potentieel leefbare planeten in het Alfa Centauri-stelsel.
