In maart 2010 werd een nieuwe overzichtskaart van het heelal in infrarode straling gepubliceerd aan het de hand van gegevens afkomstig van de Akari ruimtetelescoop Foto: JAXA

Akari was de naam van een Japanse ruimtetelescoop dat een overzichtskaart maakte van het heelal in infrarode straling. Deze Japanse satelliet werd in februari 2006 in de ruimte gebracht en maakte ondermeer een nieuwe hoge resolutie overzichtskaart van de hemel in het infrarode deel van het spectrum.

Planning, lancering en baan

Akari was niet de eerste maar wel de beste satelliet tot dan toe voor infraroodonderzoek was de Infra-Rood Astronomische Satelliet. Opvolging voor IRAS waren onder andere de Infrared Space Observatory (1995 - 1998), de Spitzer Space Telescope (2003 - heden) en de Herschel Space Observatory (2009 - 2013). De lage resolutie van de overzichtskaarten van IRAS was de voornaamste aanleiding voor de Japanse ruimtevaartorganisatie om met Astro-F te starten. Het idee ontstond binnen het Institute of Space and Aeronautical Science (ISAS), dat met twee andere Japanse ruimtevaartorganisaties op 1 oktober 2003 opging in de Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA). De lancering was voorzien voor februari 2004, maar een probleem met de structuur van de telescoop leidde mee tot uitstel. De satelliet bleek midden 2003 immers te gevoelig voor schokken en trillingen bij de lancering. Astro-F werd op 21 februari 2006 (22 februari in Japan) in een zonsynchrone polaire omloopbaan gebracht na de lancering met een M-V (M-5) vastebrandstofraket vanaf de Japanse lanceerbasis Uchinoura. De satelliet draaide op 2 april 2006 een hoogte van 698 tot 713 km in 98,9 minuten om de Aarde. De baanhelling was 98,2°. De missie werd officieel afgesloten door daarvoor commando’s te sturen op 24 november 2011. De satelliet werd na de wetenschappelijke missie in een lagere baan gebracht (440 km hoog) om ervoor te zorgen dat hij binnen 25 jaar zal vergaan in de aardatmosfeer en resterende brandstof werd geloosd. De begroting voor de satelliet was ongeveer 85 miljoen euro.

De missie had enkele doelstellingen:

1. de studie van de evolutie van sterrenstelsels,
2. sterevolutie bestuderen door het opsporen van stervormingsgebieden,
3. de vorming van materie onderzoeken, vooral op basis van koolstof,
4. protoplanetaire schijven bestuderen en
5. nieuwe kometen zoeken.

De satelliet werd in samenwerking met Europese en Koreaanse onderzoeksinstituten gebouwd. In oktober 2000 besliste de European Space Agency aan dit project mee te werken voor een bedrag tot 3,8 miljoen euro. De ESA ondersteunde de missie met haar grondstation in Kiruna. Een paar maal per overgang werd de satelliet gecontacteerd. Daarnaast hielpen Europese wetenschappers bij het verwerken van de waarnemingen, zodat snel en precies een catalogus van hemelobjecten kon worden samengesteld. In ruil hiervoor mochten ze eigen waarnemingen doen en zo zijn meer dan 500 Europese waarnemingen uitgevoerd. Britse en Japanse betrokkenen bij het project kregen in 2004 de Daiwa Adrian Prize van de Daiwa Anglo-Japanese Foundation, uit erkentelijkheid voor hun samenwerking. In december 2007 voerden vluchtleiders baancorrecties uit om de baan te optimaliseren. Het verdampende helium resulteerde in het licht verhogen van de baan en daardoor kwam de elektriciteitsvoorziening in gevaar, de baan was niet meer helemaal zonsynchroon. De vluchtleiding gebeurde vooral vanuit het Sagamihara Space Operation Center (SSOC) en het Uchinoura Space Center (USC). De naam Akari is na de lancering van Astro-F toegekend: het is het Japans woord voor licht. Soms wordt ook de naam IRIS gebruikt, dat staat voor InfraRed Imaging Surveyor.

Opbouw en instrumenten

De satelliet heeft de vorm van een balk met acht lange zijden. De afmetingen zijn 1,9 x 1,9 x 3,2 meter, maar met uitgevouwen zonnepanelen is dat 5,5 meter. Op de drie assen was hij gestabiliseerd. De satelliet had bij de lancering een gewicht van 952 kg. Door een storing met een zonnesensor (NSAS) werd het openen van de beschermkap van de telescoop uitgesteld tot 16 april 2006. Door de panne verminderde de operationele levensduur van de missie met ongeveer 50 dagen. Op 14 april was Akari klaar voor waarnemingen en die namen aanvang op 24 mei 2006. De eerste all-sky scan liep tot november 2006 en bracht ongeveer 70 percent van de hele hemel in beeld. Op 10 november 2006 werd gestart met de tweede fase, een exacte herhaling van de eerste fase om toevallig passerende bronnen van infraroodstraling, zoals kometen en asteroïden, uit te sluiten van de waarnemingen. Ongeveer 90% van de hemel was tweemaal gezien op 11 juli 2007. Er werden van 3 500 geselecteerde bronnen gerichte detailstudies uitgevoerd.

Na een review van het beschikbare helium in maart 2007 werd een verlenging van de missie tot minstens 9 september 2007 in het vooruitzicht gesteld. Op 26 augustus 2007 was het heliumvat echter leeg. De waarnemingen in het ver- en middeninfrarood werden gestaakt en alleen in kortgolvige infrarode straling kon nog waargenomen worden. Inmiddels was 94% van de hemel twee keer bekeken en waren meer dan 5.000 detailobservaties uitgevoerd. Ook de systemen om sterren te volgen voor navigatiedoeleinden hadden problemen, de koeling liet het afweten maar deze problemen konden overwonnen worden. Op 24 mei 2011 kreeg Akari elektrische problemen waardoor de instrumenten in de schaduw van de Aarde niet konden gebruikt worden, de batterijen bleven niet opgeladen. Er waren twee waarneemmodi: surveys en gerichte detailwaarnemingen. In de eerste modus keek Akari 90° weg van de Zon en zag de hele hemel in een half jaar. In de andere modus waren langere waarnemingen van een object en spectroscopie mogelijk. Omdat de telescoop geen direct of strooilicht van de Zon of Aarde mocht ontvangen kon niet langer dan ongeveer tien minuten onafgebroken naar een object worden gekeken. De eerste twee maanden na de lancering werden testen uitgevoerd. Daarna volgde een half jaar survey met de FIS. De zonnepanelen leverden energie en werkte net als het instrumentencompartiment als zonneschild.

Opbouw van de Japanse Akari ruimtetelescoop - Foto: JAXA

De telescoop was een Ritchey-Chrétien met f/6.1. De brandpuntsafstand was 4,2 meter. De bruikbare diameter was 68,5 cm. De hele telescoop was gekoeld tot 5,8 K (-267,4°C). De dragende structuur van de telescoop was gemaakt in beryllium. De primaire spiegel uit siliciumcarbide was aan de achterzijde uitgehold om hem lichter te maken en was gecoat met een laagje goud. Het was de eerste spiegel van die samenstelling die in de ruimte vloog. De twee instrumenten waren de Far-Infrared Surveyor (FIS) en de near- and mid-Infrared Camera (IRC). Beide waren tegelijk camera en spectrometer. De FIS vereiste koeling met vloeibaar helium, de IRC kon werken met alleen de mechanische koelers. Beide instrumenten samen konden observeren op golflengten van 1,7 tot 180 micrometer. De FIS werd vooral gebruikt in de surveyfase van de missie. Twee van de detectoren waren fotoconductoren vervaardigd uit germanium en gallium. Elke detector gebruikte filters, waardoor de FIS kon waarnemen in vier golflengtebanden, van 50 tot 80, van 60 tot 110, van 110 tot 180 en van 140 tot 180 micrometer. De IRC bestond uit drie onafhankelijke camerasystemen met filters die werkten in de golflengtebanden van 1,7 tot 5,5; 5,8 tot 14,1 en 12,4 tot 26,5 micrometer. Het had een relatief groot beeldveld van 10 vierkante boogminuten en kon spectroscopie uitvoeren. Het werkte vooral bij gerichte waarnemingen. De cryostaat en mechanische koelers hielden de telescoop en de instrumenten koel. De koeltank bevatte bij de lancering 170 liter vloeibare helium. De mechanische koelers alleen konden de telescoop afkoelen tot 40 kelvin.

Resultaten

• De eerste resultaten werden in mei 2006 voorgesteld. In maart 2007 volgden nieuwe resultaten. De initiële catalogus bevatte driemaal zoveel bronnen als de IRAS-catalogus en uiteindelijk werden meer dan een miljoen bronnen gedetecteerd. De Akari All-Sky Survey Point Source Catalogues werden vrijgegeven op 30 maart 2010.
• Het belangrijkste dat de missie realiseerde was de nieuwe hoge resolutie overzichtskaart van de hele hemel in het infrarode deel van het spectrum. Deze overtrof in verschillende opzichten de waarnemingen van IRAS.
• Een belangrijke studie om meer te weten te komen over de vorming van sterrenstelsels was deze van de Grote Magelhaense Wolk. Er werden her en der zeer actieve stervormingsgebieden in ontdekt. Samen met de vervormde structuur wordt dat toegeschreven aan de gravitationele invloed van het Melkwegstelsel. In de GMW werd ook de evolutie van stof in supernovaresten gevolgd.
• In IC 4954 / 4955 in het Vosje konden drie periodes van stervorming onderscheiden worden. Het werd in zeven verschillende golflengten onderzocht.
• Voor het eerst werd een supernovarest ontdekt in de Kleine Magelhaense Wolk.
• Snel massaverlies werd vastgesteld bij redelijk jonge rode reuzen in de bolvormige sterrenhoop NGC 104.
• Een bijzondere opname, ongetwijfeld ook voor veel amateursterrenkundigen, is deze van het sterrenbeeld Orion en de Melkweg op een golflengte van 140 micrometer. Het toont hoe de omgeving van het sterrenbeeld een turbulente omgeving is.
• In de stratosfeer van de planeet Neptunus is de verticale structuur en de samenstelling in het laatste decennium constant gebleven, maar het reflecterend vermogen van de wolken is veranderd. Door fluorescentie is de emissie van koolmonoxide waargenomen.
• Actieve stervorming gezien in de armen van het spiraalsterrenstelsel M101, ook aan de buitenzijde van de armen en dat was niet verwacht. Het wordt toegeschreven aan gas dat op het sterrenstelsel valt, afkomstig van een ander sterrenstelsel dat er lang geleden langs passeerde.
• De omgeving van supernovaresten bleek rijker aan stof dan aangenomen, wat doet concluderen dat supernovae niet zo efficiënt zijn in het vernietigen van interstellaire stofdeeltjes. In het hete gas rond de supernovarest Cassiopeia A is koolstofmonoxide gevonden, zo werd in 2012 aangekondigd. Het bestaan ervan in dat heet gas was niet voorspeld of verwacht. De energierijke elektronen en zware atomen die bij een supernova vrijkomen zouden de moleculen afgebroken moeten hebben.
• De Asteroid Catalog using Akari (AcuA) werd op 10 juni 2011 voorgesteld: het bevat 4 953 planetoïden waargenomen in de hoofdgordel, 109 Jupitertojanen en 58 NEOs. Samen 5 120 objecten.
• Rond twee rode reuzen is met een ongekende precisie de verdeling van stof in kaart gebracht, waaronder U Hydrae (SAO 156110). Een gelaagde stofwolk werd rond de ster ontdekt, op een afstand van 0,3 lichtjaar. Sterrenkundigen vermoeden dat de ster deze zowat 100 000 jaar geleden heeft uitgestoten in een korte en hevige gebeurtenis.
• Van Betelgeuze is aangetoond dat een schokgolf, door de botsing van uitgestoten materiaal met interstellair materiaal, de ster voorafgaat in zijn beweging door het Melkwegstelsel.
• Akari stelde vast dat de interstellaire ruimte in bolvormige sterrenhopen leeg is, tegen te verwachting in.
• De planetoïde Itokawa werd door Hayabusa van nabij onderzocht. De studie van de planetoïde door Akari in verschillende golflengten leverde een beter geijkte manier om uit de infrarode helderheid van planetoïden hun afmetingen af te leiden.
• Met Akari kon worden vastgesteld dat meer dan zes miljard jaar geleden gedurende miljarden jaren veel sterren werden gevormd.
• Sterrenstelsels ver in het heelal kunnen in het infrarood bestudeerd worden omdat hun straling door de kosmologische roodverschuiving (Guidestar september 2010) in het infrarode deel van het elektromagnetisch spectrum is terechtgekomen. Zo kunnen ook de allereerste sterren bestudeerd worden.

Meer info:

• Akari Project Site: http://www.ir.isas.jaxa.jp/ASTRO-F/Outreach/index_e.html