De beroemde HARPS-spectrograaf op de Europese 3,6-m telescoop op La Silla in Chili is uitgebreid met een polarimeter. Deze uitbreiding maakt dat HARPS nu ook nauwkeurig polarisatie van sterlicht kan meten. Zulke polarisatiesignalen van sterren worden gecreëerd door magnetische gebieden, die vergelijkbaar zijn met zonnevlekken. De HARPS-polarimeter is ontworpen door astronomen van het Sterrekundig Instituut van de Universiteit Utrecht. De eerste waarnemingen tonen aan dat het nieuwe instrument boven verwachting functioneert.
HARPS is beroemd geworden door zijn succesvolle zoektocht naar exoplaneten. De ESO-spectrograaf heeft al meer dan 75 exoplaneten gevonden door met extreme precisie het Doppler-effect te meten in spectra van sterren die heen en weer worden gewiebeld door de bijbehorende planeten. Met de nieuwe Nederlandse uitbreiding van HARPS kan het instrument nu bovendien erg nauwkeurig de polarisatie van sterlicht meten.
Polarisatie beschrijft de voorkeursrichting waarin licht trilt terwijl het zich voortbeweegt. Zo'n voorkeursrichting kan veroorzaakt worden door magneetvelden, maar enkel in spectraallijnen (het Zeeman-effect). De HARPS-spectrograaf kan vele spectraallijnen tegelijk meten met hoge resolutie. Door nu ook de polarisatie van de spectraallijnen te bepalen, maakt de HARPS polarimeter studies naar magneetvelden op sterren mogelijk.
Net zoals op de zon veroorzaken magneetvelden op vele verschillende sterren actieve gebieden. Dankzij de combinatie van nauwkeurige spectroscopie en polarimetrie kunnen er uiteindelijk kaarten gemaakt worden van zulke ‘sterrenvlekken’. Door slim gebruik te maken van zowel het Doppler-effect als het Zeeman-effect kunnen magnetische details op het oppervlak van sterren zichtbaar gemaakt worden zonder de ster zelf in detail af te beelden, zoals dat wel kan bij de zon.
De polarimeter voor HARPS bevindt zich in de telescoop vlak voor het brandpunt waar het opgevangen licht per optische fibers naar de gestabiliseerde spectrograaf wordt getransporteerd. Door beide beschikbare fibers te gebruiken worden er gelijktijdige metingen gedaan in twee polarisatierichtingen. Er kunnen twee verschillende polarimeters de lichtbundel in worden geschoven: voor de meting van lineaire en van circulaire polarisatie.
Het ontwerp van de polarimeter is gemaakt onder leiding van Frans Snik van het Sterrekundig Instituut Utrecht. In mei 2009 is het instrument vanuit Utrecht naar Chili verscheept en de polarimeter is begin 2010 volledig gereed verklaard voor algemeen gebruik. "De ruimte die we konden gebruiken voor de polarimeter was erg klein", zegt Snik. "We moesten dus erg compact bouwen en miniatuur-optiek gebruiken. Uiteindelijk paste het allemaal op een fractie van een millimeter tussen de andere elementen van HARPS. Die mochten we absoluut niet aanraken, want dan zou het succesvolle exoplanetenprogramma verstoord worden.”
Christoph Keller, leerstoelhouder Astronomische Instrumentatie en directeur van het Sterrekundig Instituut Utrecht: "We hebben veel ervaring met het nauwkeurig meten van polarisatie die gecreëerd wordt door magneetvelden op de zon. Deze expertise kunnen we nu goed toepassen op nachttelescopen om ook andere sterren te onderzoeken en vergelijken met de zon". Sandra Jeffers (eveneens van het SIU) legt uit: "Met de HARPS-polarimeter kunnen we in detail uitvinden hoe het magnetisme van zeer verschillende sterren zich manifesteert en hoe het veroorzaakt wordt. We kunnen nu ook direct laten zien of mogelijke detecties van exoplaneten door HARPS misschien wel vals waren en eigenlijk veroorzaakt werden door sterrenvlekken".
De eerste waarnemingen laten zien dat de HARPS-polarimeter nog nauwkeuriger is dan gehoopt. Het kan een polarisatiesignaal zo klein als 1 op 100.000 detecteren, zonder verstoringen van de aardatmosfeer of het instrument zelf. Samen met de ongekende stabiliteit van de spectrograaf maakt dit de HARPS-polarimeter de meest nauwkeurige in zijn soort.
De Harps polarimeter
Meest gevoelige spectrograaf ter wereld krijgt Nederlandse polarisatiebril
