• Home page > General presentation > Het Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) (...)
  • Het Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) Project

    Martijn VAN RIET, Roland BACON



    Hoewel er inmiddels talloze waarnemingen zijn gedaan naar onze Melkweg, waarvan grote delen tot op zeer kleine schaal zijn onderzocht, zijn er nog steeds vele onbeantwoorde vragen. Het is bijvoorbeeld nog steeds niet duidelijk hoe onze Melkweg zich precies heeft gevormd ongeveer 10 miljard jaar geleden, of hoe onze Melkweg zich sinds die tijd heeft ontwikkeld. Ondanks grootschalige computersimulaties en complexe scenario’s bestaat op dit moment slechts een globaal idee hoe de vorming en evolutie van sterrenstelsels, zoals onze Melkweg, heeft plaatsgevonden.


    Het Andremeda Sterrenstelsel
    Het Andremeda Sterrenstelsel
    Het Andromeda Sterrenstelsel (Messier 31) is een groot spiraal stelsel, op een afstand van iets meer dan 3 miljoen lichtjaar. Andromeda lijkt sterk op ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg.


    Het waarnemen van jonge sterrenstelsels is essentieel om een beter begrip van de evolutie van sterrenstelsels te krijgen. Om deze jonge sterrenstelsels waar te kunnen nemen, moet er zeer ver weg gekeken worden, op afstanden waar het licht er miljarden jaren over heeft gedaan om ons te bereiken. Op deze manier kunnen we een blik werpen op het heelal, toen het slechts enkele miljarden jaren oud was, en sterrenstelsels nog maar net gevormd waren. Het waarnemen van deze zeer ver weg gelegen sterrenstelsels is echter een enorme uitdaging, omdat ze vanwege hun afstand zeer klein zijn en hun licht slechts zeer zwak is.

    De VLT in Paranal (Chili)
    De VLT in Paranal (Chili)

    Onder andere voor het waarnemen van het vroege heelal zijn enorme telescopen zoals de VLT gebouwd. De VLT heeft met een spiegel van 8 meter breed een oppervlakte die bijna vier maal zo groter is dan de vorige generatie telescopen. Maar ondanks de enorme oppervlakte van de VLT is er nog steeds een methode nodig om zoveel mogelijk informatie te halen uit de enkele fotonen afkomstig van de jonge sterrenstelsels die ons bereiken. Van alle fotonen die uiteindelijk de aarde bereiken gaan er veel verloren in de atmosfeer. Om dit probleem aan te pakken is MUSE ontwikkeld, een tweede generatie instrument voor de VLT. MUSE is een integraal veld spectrograaf gebaseerd op een aantal technologische ontwikkelingen. Maar voordat we het instrument zelf beschrijven, gaan we wat verder in op wat MUSE moet kunnen.

    Jonge sterrenstelsels bestaan uit jonge sterren. Waarnemingen in onze eigen Melkweg tonen aan dat deze jongen sterren zeer heldere objecten zijn. Deze helderheid hangt echter sterk af van de kleur (golflengte) van het licht. Het meeste licht is geconcentreerd in bepaalde emissie lijnen: de meeste van deze lijnen worden geassocieerd met het waterstof atoom, het meest voorkomende element in het heelal en het hoofdbestanddeel van sterren. Daarom verwachten we dat het meeste licht afkomstig van de jonge sterren in het vroege heelal in de vorm zal zijn van waterstof emissie lijnen. In plaats van de traditionele manier van licht verzamelen over een groot bereik van kleuren (golflengtes) en dat te combineren in èèn figuur, probeert MUSE zich te richten op individuele waterstof lijnen. Deze strategie maakt MUSE zeer geschikt voor het waarnemen van de zeer zwakke sterrenstelsels uit het vroege heelal.


    Hubble Ultra Deep Field (HUDF)
    Hubble Ultra Deep Field (HUDF)
    Het Hubble Ultra Deep Field is op dit moment het diepst waargenomen beeld van het Heelal. Het bevat sterrenstelsels ouder dan 10 miljard jaar.


    Een traditionele manier om een kleurselectie toe te passen is het gebruiken van een filter dat slechts een beperkt aantal golflengtes doorlaat, in dit geval de waterstof emissie lijnen. Helaas is deze methode niet geschikt voor het waarnemen in het vroege heelal. Het licht afkomstig van de jonge sterrenstelsels is vanwege hun snelheid rood verschoven (het zogenaamde Doppler-Fizeau effect). Omdat de snelheid (en dus de rood verschuiving) afhangt van de afstand van het sterrenstelsel, is de precieze golflengte waar de waterstof emissie lijnen zichtbaar zijn niet bekend. In andere woorden: het is dus niet bekend op welke kleur je precies moet zoeken om jonge sterrenstelsels waar te nemen.

    Een betere methode zou een spectrograaf zijn. Een spectrograaf verdeelt het licht over verschillende golflengtes, en daardoor zijn eventuele waterstof emissie lijnen makkelijker te herkennen, ondanks dat de exacte kleur van de emissie lijnen onbekend is. Een conventionele spectrograaf bestaat uit een smalle spleet, daardoor moet vooraf de exacte positie van het te bestuderen object bekend zijn. Hierdoor is een traditionele spectrograaf ongeschikt voor het zoeken naar jonge sterrenstelsels, omdat hun positie nog niet bekend is.


    Atomair waterstof spectrum
    Atomair waterstof spectrum


    Er zijn dus twee problemen die opgelost moeten worden. Het eerste probleem is dat de golflengte van de waterstof emissie lijnen onbekend is. Het tweede probleem is dat de positie van de jonge stelsels onbekend is. De oplossing voor deze problemen is een combinatie van een traditionele telescoop en een spectrograaf: een zogenaamde integraal veld spectrograaf, ofwel een 3D spectrograaf. Het concept van een 3D spectrograaf is ontwikkeld door het Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, in Frankrijk. De 3D spectrograaf maakt het mogelijk om in een twee dimensionaal veld van iedere pixel een spectrum te meten (vandaar 3D, 2 dimensies voor het beeld, 1 dimensie voor het spectrum).

    MUSE is gebaseerd op concept van een 3D spectrograaf (meer hierover op deze pagina). Om een zo groot mogelijk gebied te kunnen meten gebruikt MUSE niet één integraal veld spectrograaf, maar 24! Om een zo hoog mogelijke efficiëntie te garanderen maakt MUSE gebruikt van nieuw ontwikkelde, geavanceerde ’slicers’. Zoals gezegd zijn de jonge sterrenstelsels waarnaar we op zoek zijn zeer klein. Daarom zal MUSE gebruik maken van een ’adaptive optics’ systeem, dat zal corrigeren voor de verstoringen van de atmosfeer. Deze correctie moet het mogelijk maken om objecten te observeren die 100 miljoen maal zwakker zijn dan de zwakste ster die met het blote oog is waar te nemen. Maar zelfs met deze gevoeligheid zal MUSE honderden uren nodig hebben op één van de 8 meter VLT telescopen.


    Windows Media - 31.4 Mb
    Representation 3D de l’instrument MUSE

    Het MUSE project wordt ondersteund door zeven grote Europese onderzoeksinstituten: het Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (Frankrijk) dat de leiding heeft, de European Southern Observatory (ESO), de Sterrewacht Leiden (Nederland), het Laboratoire d’Astrophysique de Tarbes-Toulouse (Frankrijk), het Göttingen Astrophysics Institute (Germany), de Astrophysics afdeling van het Zurich Polytechnic Institute of Technology (Zwitserland) en het Potsdam Astrophysikalisches Institut (Duitsland).



    Het MUSE consortium brengt meer dan honderd wetenschappers en ingenieurs samen die gezamenlijk alle expertise bezitten om een instrument als MUSE te ontwikkelen: optica, mechanica, elektronica, koeling, signaal verwerking, management, observationele en theoretische sterrenkunde. Meer details hierover in de secties Consortium en Teams.

    De ontwikkeling van MUSE is begonnen in 2004, en MUSE zal in 2012 gekoppeld worden aan de VLT in Paranal, Chili. Vanaf dat moment zal de jacht op jonge sterrenstelsels geopend zijn, met als doel het beantwoorden van de vele vragen omtrent de vorming en evolutie van sterrenstelsels. Maar MUSE zal ook bijdragen leveren aan vele andere gebieden binnen de sterrenkunde. Zo is het MUSE consortium van plan om de omgevingen van zeer zware zwarte gaten in de centra van AGN te bestuderen. Ook zal er onderzoek gedaan worden naar ster populaties in nabije sterrenstelsels (voor meer informatie zie de sectie Wetenschappelijke doelen). Vanzelfsprekend zal MUSE worden opgesteld voor de ESO gemeenschap, die ongetwijfeld de uitzonderlijke eigenschappen van MUSE kunnen gebruiken om onderzoek te doen naar allerlei fascinerende objecten i ons heelal.


    1 boogminuut
    1 boogminuut
    Computer simulatie van een 3D diepe waarneming met MUSE. Sterrenstelsels zijn gekleurd op basis van hun afstand (de verste stelsels zijn het roodst).