• Beginpagina > Wetenschap > Wetenschappelijke doelen
  • Wetenschappelijke doelen

    Martijn VAN RIET, Roland BACON



    In de volgende sectie geven we een aantal voorbeelden van de onderzoeksgebieden die gebruik kunnen maken van de nieuwe mogelijkheden van MUSE: de vorming en evolutie van sterrenstelsels, ster populaties in nabije sterrenstelsels, zeer zware sterrenstelsels, jonge sterren en planeten en kleine objcten. MUSE zal een groot aantal verschillende objecten waar kunnen nemen, verspreid over een zeer groot bereik (van ons eigen zonnestelsel tot objecten op miljarden lichtjaren ver weg). Dit is slechts een kort lijstje dat illustreert dat MUSE voor een groot aantal doorbraken kan zorgen in veel verschillende onderdelen van de sterrenkunde.

    Vorming en evolutie van sterrenstelsels

    Het spiraalstelsel NGC 300
    Het spiraalstelsel NGC 300
    (met dank aan ESO)

    Één van de meest belangrijke redenen voor het ontwerp en capaciteiten van MUSE is het bestuderen van de voorlopers van normale sterrenstelsels, zoals onze Melkweg. Deze voorlopers staan echter op een afstand van meer dan 10 miljard lichtjaar, en zijn daarom zeer lichtzwak en dus moeilijk waar te nemen. Maar, zoals uitgelegd in de algemene presentatie, zal MUSE deze objecten kunnen waarnemen dankzij sterke waterstof emissie lijnen. Verwacht wordt dan MUSE ongeveer 15.000 zeer jonge sterrenstelsels zal ontdekken tijdens de grootschalig geplande waarnemingen. Het sample dat deze waarnemingen zullen opleveren zal een complete set van alle typen sterrenstelsels bevatten (elliptische en spiraal stelsels, actieve en inactieve stelsels, jonge en oude stelsels, etc.). Hierdoor zal het sample van zeer grote waarde zijn voor het ontrafelen van het mysterie van de vorming en evolutie van sterrenstelsels.

    Ster populaties in nabije sterrenstelsels

    Sterrenstelsels bestaan uit miljarden sterren, die vanwege de grote afstand niet meer individueel waargenomen kunnen worden. Dit zorgt ervoor dat een sterrenstelsel waargenomen wordt als een nevel. Iedere pixel zal licht ontvangen afkomstig van duizenden sterren, hierdoor gaat veel informatie verloren, omdat het licht van de individuele sterren niet meer terug gehaald kan worden. In één waarneming zal MUSE tot tienduizend spectra kunnen meten, en zo vele sterren apart kunnen waarnemen. Dankzij deze unieke eigenschap kan MUSE helpen bij het bestuderen van de evolutie van zware sterren. Deze sterren spelen een belangrijke rol in de ontwikkeling van sterrenstelsels, maar er is nog maar weinig over deze groep sterren bekend. Met MUSE zal het mogelijk worden om een groot aantal nabije sterrenstelsels waar te nemen, en zo het aantal waargenomen massieve sterren sterk uit te breiden.

    Zeer zware zwarte gaten in nabije sterrenstelsels

    De meeste sterrenstelsels hebben een zeer zwaar zwart gat in hun kern. Het sterke gravitatie veld dat deze zwarte gaten veroorzaken heeft een grote invloed op de omringende omgeving. Het meten van de snelheden van sterren in de omgeving van de zwarte gaten zou een aantal belangrijke vragen kunnen beantwoorden met betrekking tot zwarte gaten, en hun invloed op de evolutie van sterrenstelsels. De 3D eigenschap van MUSE waarnemingen en de hoge resolutie die bereikt wordt maken het mogelijk om de snelheden van de sterren in de buurt van het zwarte gat waar te nemen (met behulp van de Doppler-Fizeau verschuiving van de spectraal lijnen). Een aantal voorlopige studies hebben aangetoond dat de bewegingen rondom de super zware zwarte gaten veel complexer zijn dan gedacht. MUSE zal een grote bijdrage kunnen leveren aan het begrip van deze bewegingen.

    Het vroege stadium van sterevolutie

    Protoster HH-34 in Orion
    Protoster HH-34 in Orion
    Composit afbeelding gebaseerd op 3 waarnemingen van het jonge object Herbig-Haro 34 (HH-34). (met dank aan ESO)

    In de eerste fasen van sterevolutie, produceren sterren zeer sterke jets en wind. Deze jets zijn een van de meest spectaculaire en tegelijkertijd een van de meest mysterieuze objecten geassocieerd met de vorming van sterren. De jets bestaan uit gas, afkomstig van de polen van de ster, dat met zeer hoge snelheid van de ster wegschiet. Deze spectaculaire stralen van gas worden veroorzaakt door een complexe wisselwerking tussen het interstellaire medium dat bestaat uit koud gas en stof, het magnetische veld afkomstig van de ster en heet geïoniseerd gas. Dankzij de hoge resolutie, en de capaciteit om spectra te meten zal MUSE een grote bijdrage leveren aan de modellen en analyse van de jets en wind afkomstig van jonge sterren. Grote doorbraken zullen een aantal belangrijke vragen beantwoorden omtrent de oorzaken van verschillende, nog niet begrepen objecten in de jet, welke mechanismen betrokken zijn bij de vorming van jets, etc.

    Planeten en andere kleine objecten in ons zonnestelsel

    De Hyakutake komeet in 1996
    De Hyakutake komeet in 1996
    (met dank aan NASA)

    Hoewel waarnemingen binnen ons zonnestelsel vanaf de aarde niet kunnen concurreren met verkenning door middel van ruimtemissies, zijn er toch een aantal gebieden waar MUSE een belangrijke bijdrage aan kan leveren. Een van deze zaken is het onderzoek naar de atmosferen van de reuzenplaneten (Jupiter, Saturnus, Neptunus en Uranus). De atmosferen van deze planeten vertonen seizoensgebonden effecten. MUSE zal deze effecten waar kunnen nemen. Verder zal MUSE in staat zijn om de vulkanische activiteiten op de manen van Jupiter waar te nemen. Vooral Io vertoont tekenen van heftige vulkaanuitbarstingen, die veroorzaakt worden door de getijdenwerking die veroorzaakt wordt door Jupiter. MUSE zal het mogelijk maken om activiteit systematisch te volgen, en in het geval van plotselinge en zeldzame gebeurtenissen direct waar te gaan nemen. Dit in tegenstelling tot ruimte missies, die ruim vooraf geprogrammeerd moeten worden om waarnemingen te doen. Ook zal MUSE, dankzij de spectragrafische 3D mogelijkheden, een grote bijdrage kunnen leveren aan het bestuderen van de chemische en fysieke evolutie van kometen op weg naar de zon.