NOVA en JWST-MIRI


De ruimtetelescoop James Webb Space Telescope (kortweg Webb), gelanceerd op Eerste Kerstdag 2021, is het nieuwe vlaggenschip van NASA/ESA. Webb is ontworpen om fundamentele vragen over het verre en nabije heelal te beantwoorden, van de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels tot aan de jacht op en het onderzoek aan nieuwe werelden. Webb is de meest ambitieuze en complexe ruimtemissie die ooit is gebouwd en verlegt de grenzen van de menselijke kennis.

MIRI

Een van de vier instrumenten aan boord van Webb is het Mid InfraRed Instrument (MIRI), dat is ontworpen en gebouwd in een 50%-50% partnerschap tussen Europa en de VS. Europa was verantwoordelijk voor de hardware van het instrument, terwijl de VS de detectoren en het cryogene koelsysteem leverde. Nederland ontwikkelde en bouwde het hart van de medium-resolution-spectrometer (MRS).

MIRI bestaat uit een camera en een spectrometer en neemt licht waar in het mid-infrarode gebied van het elektromagnetische spectrum, met golflengten die langer (roder) zijn dan onze ogen kunnen waarnemen. MIRI bestrijkt het golflengtegebied van 5 tot 28 micron, nog langer dan dat van de andere instrumenten op Webb. Met zijn gevoelige detectoren zal MIRI in staat zijn het roodverschoven licht van verre sterrenstelsels te zien, door te dringen in de stoffige omgevingen van pas gevormde sterren en planeten, en de samenstelling van de atmosferen van exoplaneten te onderzoeken.

MIRI-MRS- componenten in het NOVA Optisch-Infrarood-lab in Dwingeloo 2006-2008. (Credit: NOVA)

Eenmaal afgekoeld tot -267 graden Celsius, is MIRI’s gevoeligheid twee- tot driemaal groter dan die van alle eerdere instrumenten in dit golflengtegebied en het ziet ook een orde van grootte scherper. Zie: https://blogs.nasa.gov/webb/2022/05/09/miris-sharper-view-hints-at-new-possibilities-for-science/

Consortium

MIRI bestaat uit verschillende speciale modules die zijn gebouwd door het Europese consortium, een samenwerking van nationaal gefinancierde Europese instituten onder leiding van het Verenigd Koninkrijk (PI: Gillian Wright). De Nederlandse bijdrage werd geleid door co-PI Ewine van Dishoeck (Leiden). Nederland was verantwoordelijk voor het ontwerp, de bouw en het testen van het hart van MIRI, de hoofdoptiek van de medium-resolution-spectrometer (MRS).

De spectrometer is in staat spectra te verkrijgen op meer dan 100 posities tegelijk door een nieuw ontwerp van de Integral Field Unit. Om het volledige golflengtegebied efficiënt te bestrijken in slechts drie waarnemingsinstellingen, gebruikt de MRS vier kanalen tegelijk. Zie: https://www.youtube.com/watch?v=8TQYUdtEfV8

Links. De hoofdoptica van de MIRI-spectrometer in de clean room in Dwingeloo, met Menno de Haan. (Credit: NOVA). Rechts: Volledig MIRI-instrument na integratie in het Verenigd Koninkrijk. (Credit: STFC)

O/IR-groep

De Optische-Infraroodgroep (O/IR) van de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA) was verantwoordelijk voor de Nederlandse hardwarebijdrage aan MIRI. De NOVA-O/IR-groep is gevestigd in Dwingeloo. ASTRON en TNO waren subcontractanten en SRON leverde eveneens een aantal bijdragen.

De werkzaamheden zijn gestart in 2002 en werden gefinancierd door NOVA en de Nederlandse onderzoeksfinancier NWO. Optische en mechanische ontwerpers hebben in de eerste fase intensief samengewerkt om te komen tot de zeer compacte en schijnbaar eenvoudige layout van het complexe MRS-instrument. Het leverde ingenieur Gabby Aitink-Kroes de European Engineer PowerWoman award op tijdens de Hannover Messe in 2014. Bijna 50 bedrijven droegen bij aan de MRS. De in Nederland gebouwde hardware werd in 2008 aan het VK geleverd om met de rest van MIRI te worden geïntegreerd, getest en gekalibreerd. Het volledige MIRI-instrument werd in 2012 aan de NASA geleverd.

Integreren, kalibreren en testen

MIRI werd vervolgens geïntegreerd en gekalibreerd samen met de andere drie instrumenten op Webb, op Goddard Space Flight Center in 2015-2016, en vervolgens gekoppeld en getest met de telescoop in de cryo-kamer (de opgeknapte Apollo-missie testkamer) op Johnson Space Flight Center in Houston in 2017. De telescoop en zijn instrumenten werden vervolgens vervoerd naar Northrup Grumman in Los Angeles om te worden geïntegreerd met het zonneschild, en uiteindelijk verscheept naar ESA’s lanceerbasis in Kourou, Frans-Guyana, in de herfst van 2021.

Het Nederlandse MIRI-team heeft deelgenomen aan alle fasen van het ontwerp, de bouw, de kalibratie en het testen van de MRS. Sinds de oplevering in 2012 heeft het team zich vooral gericht op de kalibratie en inbedrijfstelling van de spectrometer, waaronder de ontwikkeling van high-level algoritmen en scripts voor de reductie en analyse van de MIRI-IFU-gegevens, in samenwerking met diverse partners.

Nederlandse astronomen aan alle NOVA-instituten (universiteiten van Amsterdam, Groningen, Leiden en Nijmegen) hebben door deze investering gegarandeerde waarneemtijd gekregen en mogen als eersten waarnemen met de telescoop om de wetenschappelijke oogst binnen te halen.

Links: Een deel van het Nederlandse MIRI-team bij de overdracht van MIRI aan NASA in Londen in 2012. Van rechts naar links: Jan-Willem Pel (hoofd optisch ontwerp MRS), Sandra Eggens-Eeltink (technicus), Gabby Aitink-Kroes (ingenieur), Ramon Navarro (groepshoofd NOVA Optisch-Infrarood-lab). (Credit: NOVA) Rechts: De projectleiders van het Nederlandse deel van MIRI met het 1:1JWST-schaalmodel, in Dublin in 2007. Van links naar rechts: Rieks Jager (Nederlandse projectmanager), Ewine van Dishoeck (MIRI co-PI voor Nederland), Bernhard Brandl (plaatsvervangend co-PI voor Nederland). (Credit: NOVA)

Astronomen leggen uit wat we met MIRI kunnen waarnemen

In het onderstaande filmpje leggen verschillende astronomen uit hoe ze Webb en MIRI gaan gebruiken om het heelal verder te verkennen.

Overzicht van MIRI in de pers

Via deze link kan je het overzicht van alle pers met betrekking tot MIRI bereiken.

© NOVA juli 2022