R - Bouwstenen voor leven - SRON Netherlands Institute for Space Research

ISO / Herschel: Bouwstenen voor leven

Missie in het kort
Belangrijkste resultaten
Voortgezet onderzoek
Links

Missie in het kort

ESA’s Infrared Space Observatory (ISO), gelanceerd op 19 november 1995, is eigenlijk een directe opvolger van IRAS. In april 1998 raakt de helium koelvloeistof op en wordt de missie afgesloten. ISO richt zich op gedetailleerd vervolgonderzoek aan infraroodbronnen die IRAS eerder ontdekt. Daarbij gaat het om gas- en stofwolken waarin zich complexe moleculen bevinden. Ook eindstadia van lichte sterren (planetaire nevels) en gebieden waar jonge, hete sterren het omringende waterstof ioniseren, staan in de belangstelling. En er wordt nader onderzoek gedaan naar actieve kernen van sterrenstelsels waar zich massieve zware gaten bevinden.

Met ISO-SWS, de Short-Wavelength Spectrometer van Nederlands-Duitse bodem, worden spectra opgenomen van 2,4 tot 45 micron. De SWS geldt als een van de meest succesvolle instrumenten van de missie. Het diep gekoelde optische meetinstrument is ontwikkeld en gebouwd door SRON, in samenwerking met de Technisch Physische Dienst van TNO in Delft. Belangrijke onderdelen waar SRON aan werkt, zijn de gekoelde voorversterkers waarmee de meetsignalen worden versterkt voordat ze werden geregistreerd, en de ‘warme’ elektronica. De beperkingen voor het instrument zijn fors: de inhoud mag niet meer zijn dan 10 liter (zo groot als een emmer) en de massa niet meer dan 9 kilogram. Thijs de Graauw fungeerde als Principal Investigator (wetenschappelijk projectleider) voor het instrument, met Harm Habing als Mission Scientist. Over beiden is onder de categorie Onderzoekers een apart venster opgenomen. Het ontwerp van ISO-SWS oogt als een wirwar van spiegels, roosters en andere componenten, maar blijkt de hooggespannen verwachtingen helemaal waar te maken.
{tooltip class=tooltip_50jaar}Lees meer: andere instrumenten van ISO{end-link}ISOCAM, een camerasysteem van een internationaal consortium, bestaande uit tweemaal 32 x 32 detectoren die gezamenlijk het golflengtegebied van 2,5 tot 17 micron (duizendste millimeter) voor hun rekening nemen; ISOPHOT, waarin een camera, een fotometer en een spectrometer zijn gecombineerd; ISO-LWS, een spectrometer voor lange golflengten, van 45 tot 180 micron.{end-tooltip}

Belangrijkste resultaten

ISO’s gevoeligheid om zwakke infraroodstraling te meten is zo’n 1500 maal hoger dan zijn voorganger IRAS. Dat biedt grote mogelijkheden om ver weggelegen sterrenstelsels te bestuderen, of om het stervormingsproces in groot detail te volgen. Zo worden talrijke stofschijven om sterren gevonden: een aanwijzing voor planeetvorming op grote schaal.

Met het deels Nederlandse instrument worden meer dan 25.000 spectra vastgelegd. Waar bijvoorbeeld een heldere, jonge ster als infraroodachtergrondbron kan dienen, ziet ISO-SWS vervolgens absorptielijnen in het spectrum die ontstaan door de passage van de sterstraling door gaswolken die tussen de ster en de aarde liggen. Die spectraallijnen zijn te vergelijken met een streepjescode waarmee je kunt bepalen welke stoffen (moleculen) aanwezig zijn en in welke mate.

ISO ontdekt ook dat zich tussen de sterrenstelsels veel meer stof bevindt dan men aanvankelijk had gedacht. Het is geconcentreerd in het centrum van grote groepen (clusters) van sterrenstelsels. Het stof beperkt het zicht en het heelal blijkt in zulke richtingen wat minder transparant te zijn. Dat heeft invloed op de manier waarop sterrenkundigen kosmologische afstanden bepalen. ISO maakt ook een hele nieuwe populatie sterrenstelsels bereikbaar voor onderzoek. Ze bevinden zich in het tijdvak waarbij het heelal half zo oud is als nu. Vanwege de uitdijing van het heelal is de uitgezonden straling naar het (infra)rood verschoven. Deze jonge sterrenstelsels vertonen vaak grote uitbarstingen van stervorming.
{tooltip class=tooltip_50jaar}Lees meer: ISO-waarnemingen van water{end-link}ISO stelt vast dat kometen soms grote hoeveelheden water bevatten. Dat water wordt ook aangetroffen in de gemeten signalen afkomstig van van Mars, en van de reuzenplaneten Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Ook in de atmosfeer van de Saturnusmaan Titan wordt water ontdekt. Water blijkt sowieso heel algemeen voor te komen in het heelal: zowel in de buurt van jonge als van oude sterren, maar ook in sterrenstelsels met een actieve kern en in stervormende gaswolken. ISO ontdekt een natuurlijke ‘waterfabriek’ in het Orion-nevelcomplex, waar per dag(!) evenveel water ontstaat als zestig maal het volume van alle aardse oceanen.{end-tooltip}
{tooltip class=tooltip_50jaar}Lees meer: ISO-waarnemingen aan andere moleculen{end-link}Het betreft bijvoorbeeld koolstofmonoxide en –dioxide, water, methaan (‘aardgas’) en ammoniak. Maar er worden ook ingewikkelde moleculen gevonden: polycyclische aromatische koolwaterstoffen (zoals benzeen), alcoholen en suikers. ISO laat ook zien dat deze stoffen ontstaan op kleine stof- en ijsdeeltjes en ontrafelt de werking van deze komische chemische laboratoria. De complexe organische moleculen kunnen een aanwijzing zijn dat de voorlopers van bouwstenen voor leven vrij gemakkelijk, en op grote schaal, ontstaan in de natuur.{end-tooltip}

Voortgezet onderzoek

Belangrijke infraroodmissies die het werk van IRAS en ISO voortzetten en uitbreiden, zijn de NASA-missie Spitzer en de Japanse missie AKARI.

De Spitzer Space Telescope wordt op 25 augustus 2003 gelanceerd vanaf Kennedy Space Center (Florida, VS). De telescoop huisvest drie instrumenten in een gemeenschappelijke ‘thermosfles’: de Infrared Array Camera (een camerasysteem met grote beeldscherpte), de Infrared Spectrograph (een instrument om zeer gedetailleerde infraroodspectra op te nemen) en de Multiband Imaging Photometer (een instrument om over het beeldoppervlak de stralingsintensiteit te meten in verschillende golflengtegebieden). Alle onderzoeksonderwerpen die door IRAS en ISO zijn ontsloten, komen uitgebreid aan bod. Zoals stervorming, jonge en oude sterren, eindstadia van sterren, interstellair stof en gas, moleculaire wolken, sterrenstelsels met actieve kernen en de grote schaalstructuur van het heelal. Nieuw is dat de telescoop ook onderzoek doet aan planeten bij andere sterren.

AKARI van de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA, maakt sinds de lancering op 21 februari 2006 een nieuwe kaart van de infraroodhemel met een scherpte die enkele malen beter is dan destijds van IRAS. SRON en de Rijksuniversiteit Groningen nemen deel aan het proces van dataverwerking. Naast deze survey taak is de satelliet ook in staat om bronnen in groot detail te bestuderen. Zoals supernovarestanten in de Grote Magelhaense Wolk, een satellietstelsel van het Melkwegstelsel. De satelliet stelt ook vast dat bolvormige sterhopen, raadselachtig genoeg, vrijwel stofvrij zijn. Op 26 augustus 2007 is de helium koelvloeistof verbruikt. Sindsdien zijn op beperkte schaal nog waarnemingen mogelijk.

In zekere zin is ESA’s Herschel-satelliet, gelanceerd op 14 mei 2009, ook een opvolger van IRAS en ISO. De satelliet kijkt weliswaar naar submillimetergolflengten (die liggen tussen de radio- en infraroodgolflengten) maar de onderzoeksonderwerpen houden sterk verband met de in het infrarood opgedane kennis. Zoals het bestuderen van stervormingsprocessen in het melkwegstelsel, het onderzoek van intergalactisch gas en stof, en het bestuderen van het stervormingsproces in zeer verweggelegen sterrenstelsels uit vroegere fasen van het heelal. Een van de instrumenten, het Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) is gebouwd onder leiding van SRON. Over HIFI is een apart venster opgenomen in de categorie Experimenten.