Polarisatie: Van exploderende sterren tot kalme planeten

Het begrijpen van de grootste en de kleinste

Door polarimetrische metingen kunnen astronomen veel meer te weten komen over astronomische objecten dan alleen hun helderheid. In een gewone telescoop wordt alleen de intensiteit van een object in een bepaald golflengtegebied gemeten. Echter, als we in staat zouden zijn om tegelijkertijd de polarisatie van het licht te meten, kunnen een aantal eigenschappen van astronomische objecten bestuderen die anders moeilijk (of onmogelijk) te meten zouden zijn.

• Massieve sterren eindigen hun leven met een krachtige en lichtgevende explosie die een zogeheten supernova vormt. Sinds 1970 proberen astronomen de polarisatie van supernovae te meten. Hiermee kunnen ingewikkelde details van de explosie worden achterhaald. Door de polarisatie van het uitgezonden licht te meten, kunnen bijvoorbeeld asymmetrieën in de vorm van de uitdijing van het stellaire overblijfsel worden opgespoord.


• In 2002 ontdekte een team van astronomen dat het oudste licht in het heelal gepolariseerd is: de kosmische microgolfachtergrond. Theoretisch bestond het idee al dat deze polarisatie aanwezig zou zijn volgens de inflatietheorie: de onvoorstelbaar grote expansie van de omvang van het heelal gedurende een minieme fractie van een seconde na de oerknal. Door de polarisatie van deze achtergrond te bestuderen, proberen astronomen meer te begrijpen van de allereerste seconden van ons heelal.


• Polarimetrie stelt ons in staat licht te meten dat afkomstig is van zeer zwakke bronnen. Zwarte gaten, de meest massieve objecten in het heelal, zenden geen licht uit. In 2019 presteerde een team van onderzoekers echter het ondenkbare: zij brachten de schaduw van een zwart gat in sterrenstelsel M87 in beeld. Dit kon enkel gerealiseerd worden door vele radiotelescopen over de hele wereld te combineren tot een wereldwijd netwerk van telescopen. Kort daarna, in 2021, ontdekte hetzelfde team dat een aanzienlijk deel van het licht in deze afbeelding gepolariseerd is. Hierdoor kunnen de astronomen de structuur van het materiaal rond het zwarte gat in kaart brengen.


• 2021 was een succesvol jaar voor polarimetrie. Een ander team van astronomen slaagde erin om met het SPHERE-instrument gepolariseerd licht te meten van een schijf van stof en gas rondom een gasvormige exoplaneet. Deze metingen geven inzicht in de vorming van de planeet en zijn eventuele manen. In de toekomst zullen polarisatiemetingen van rotsachtige planeten ons in staat stellen meer informatie te verzamelen over hun atmosferen en oppervlakken om uiteindelijk op zoek te gaan naar mogelijke tekenen van leven.

Hoe meten we eigenlijk de polarisatie van licht? • Laten we de waarnemingstechniek achter polarimetrie nog eens kort samenvatten. Om gepolariseerd licht te detecteren, gebruiken we filters die alleen licht met een bepaalde polarisatierichting doorlaten; zogenaamde polarisatoren. Voor alle duidelijkheid: wanneer we zeggen dat het licht doormiddel van een polarisator gepolariseerd wordt, betekent dit niet dat er een fysieke verandering in de polarisatie van het licht plaatsvindt. Het licht krijgt een geprefereerde polarisatierichting doordat andere polarisatierichtingen worden tegengehouden. Een direct gevolg hiervan is dat wanneer we ongepolariseerd licht door een polarisator sturen, dit licht slechts 50% van de lichtintensiteit van het invallende licht doorlaat.

Instrumenten die de polarisatie van licht meten zijn uitgerust met twee polarisatoren. Het binnenkomende licht wordt gesplitst in twee gelijke bundels. Een bundel gaat door een horizontale polarisator en de andere door een verticale polarisator. Van beide bundels wordt een afbeelding gemaakt. Door de ene afbeelding van de andere af te trekken, wordt het resterende ongepolariseerde licht uit de uiteindelijke afbeelding opgeheven. Dit helpt astronomen bij het zoeken naar de gepolariseerde verstrooide reflectie van exoplaneten, aangezien de instrumenten de ongepolariseerde schittering van het sterlicht verwijderen.