En dat met een instrument dat daar eigenlijk niet eens voor ontworpen is!

In de afgelopen zes jaar hebben onderzoekers met behulp van de Dark Energy Camera (DECam) op de Victor M. Blanco 4-meter Telescope in Chili onder meer 300 miljoen sterrenstelsels bestudeerd en jacht gemaakt op supernovae en andere tijdelijke verschijnselen in het universum. En dat met maar één doel: meer inzicht krijgen in donkere energie (de mysterieuze drijvende kracht achter de versnelde uitdijing van het heelal).

Ontdekkingen in ons eigen zonnestelsel
Maar de observaties van DECam bleken niet alleen heel geschikt voor het ontrafelen van één van de grootste mysterieus in de kosmologie. De beelden die de camera maakte, bleken onderzoekers ook in staat te stellen om jacht te maken op ons nog onbekende objecten in ons eigen zonnestelsel. Zo werd recent dankzij DECam nog een indrukwekkende komeet ontdekt: C/2014 UN271 Bernardinelli-Bernstein. De komeet gaat met een omvang van zo’n 100 kilometer de boeken in als de grootste komeet die mensen ooit hebben gespot.

817 ontdekkingen in totaal..
En de komeet is lang niet het enige object dat dankzij DECam is ontdekt. In dit onderzoeksartikel maken onderzoekers nu DECam na zes jaar gestopt is met observeren, de balans op. En wat blijkt? De camera heeft in zes jaar tijd 815 Transneptunische objecten, 1 Centaur-planetoïde en 1 Oortwolkkomeet ontdekt.

..waarvan er 416 nog niet eerder beschreven zijn
De ontdekking van veel van die objecten – zoals C/2014 UN271 Bernardinelli-Bernstein – is eerder al publiekelijk gemaakt en dus niet echt nieuws. Maar dat geldt niet voor alle 817 objecten die DECam in de afgelopen zes jaar heeft ontdekt. In hun paper presenteren de onderzoekers namelijk 416 recent op beelden van DECam aangetroffen objecten waarvan de ontdekking nog niet bekend is gemaakt.

De ontdekkingstocht
Aan de ontdekking van al die objecten is een behoorlijk arbeidsintensief proces voorafgegaan. Want in de wetenschap geldt: één waarneming is geen waarneming. Dus voor elk potentieel nieuw zonnestelselobject moest er gezocht worden naar aanvullend beeldmateriaal waarop datzelfde object acte de présence gaf. “We hebben een speciaal, extreem tijdrovend proces dat erop gericht is om deze objecten te vinden en waarbij we – onder honderd miljoen potentiële detecties – enkele tientallen detecties proberen aan te wijzen die bij één en hetzelfde object horen,” legde onderzoeker Pedro Bernardinelli (ontdekker van de naar hem vernoemde reuzenkomeet) eerder al aan Scientias.nl uit. Hoe arbeidsintensief dat proces is, wordt wel duidelijk als we Bernardinelli nog eens benaderen en vragen hoeveel tijd het hem gekost heeft om die laatste 416 objecten te vinden. “Ik denk dat het me een jaar gekost heeft,” zo vertelt hij. De meeste tijd ging daarbij zitten in het vinden van aanvullende beelden die de oorspronkelijke detectie konden bevestigen. “Dat duurde zo’n 9 maanden en vereiste 15 tot 20 miljoen computeruren. Gedurende die 9 maanden gebruikte ik nonstop meer dan 100 computers.”

Fantastisch resultaat
Met de 416 nieuwe objecten komt het totale aantal door DECam ontdekte objecten dus op 817. Een fantastisch resultaat, zeker als je bedenkt dat DECam helemaal niet ontworpen is om nieuwe objecten in het zonnestelsel aan te wijzen. “Na de eerste verwerking van de beelden hoopten we voorzichtig dat we in totaal zo’n 500 objecten in het zonnestelsel zouden ontdekken. Dat zou al heel indrukwekkend zijn geweest.” Maar het werden er meer dan 800. “De laatste resultaten hebben ons aangenaam verrast.”

De grens is bereikt
DECam is niet langer operationeel, maar zou het kunnen dat in de enorme dataset die deze heeft achtergelaten toch nog meer ons onbekende objecten schuilgaan? We vroegen het Bernardinelli. “Wij denken dat we de grens van wat met deze data mogelijk was, wel bereikt hebben en daar zijn we trots op.”

In de jacht op supernova-explosies maakte DECam tussen 2013 en 2019 elke week beelden van hetzelfde stukje van het heelal. Onderzoekers konden die beelden vervolgens naast elkaar leggen om te zoeken naar objecten buiten ons zonnestelsel waarvan de helderheid door de tijd heen verandert. Maar hoewel de focus op objecten buiten het zonnestelsel lag, was ook ons eigen zonnestelsel onderdeel van elke foto. En wanneer je maar genoeg beelden naast elkaar legt, moet het in principe mogelijk zijn om objecten te spotten die – terwijl ze hun baantjes om de zon trekken – door het gezichtsveld van DECam reizen. Zo kun je dus gewapend met beelden van DECam op jacht gaan naar nieuwe objecten aan de rand van het zonnestelsel. En hoewel die op de DECam-beelden in het gunstigste geval slechts vertegenwoordigd worden door enkele pixels licht kunnen onderzoekers daar al behoorlijk wat uit aflezen. “We kunnen de baan vaststellen,” vertelt Bernardinelli. “En uit de helderheid kunnen we aflezen hoeveel licht het object reflecteert, wat ons weer meer kan vertellen over de omvang. Ook maken we gebruik van meerdere filters, waardoor we licht in feite in verschillende kleuren zien en meer kunnen zeggen over de samenstelling van het oppervlak van deze objecten.”

Interessante exemplaren
Van de meer dan 800 objecten die in de DECam-data zijn boven komen drijven, is de reuzenkomeet C/2014 UN271 volgens Bernardinelli veruit het meest interessante object. “Maar er zijn nog een paar gekke objecten,” vertelt hij. “Zo hebben we een object ontdekt dat op een afstand van 79 AU staat (Neptunus staat op 30 AU) en dat is het verste object uit het laatste deel van onze zoektocht. Dit object heeft bovendien een perihelium van 54 AU.” Het perihelium is het punt in de omloopbaan waarop het object het dichtst bij de zon staat. En er zijn maar weinig objecten waarbij dat punt 54 keer verder van de zon verwijderd is dan de aarde. “En dan is er nog een ander interessant object met een inclinatie van 62 graden.” Dat betekent dat het omloopvlak van dit object een hoek van 62 graden maakt met het omloopvlak waarin de grote planeten cirkelen. “Daarmee heeft het object een veel grotere inclinatie dan de meeste andere objecten.”

Ze mogen dan niet allemaal even interessant zijn; waardevol zijn de meer dan 800 objecten die DECam heeft helpen ontdekken, stuk voor stuk. “De objecten die zich voorbij Neptunus bevinden zijn in de beginjaren van het zonnestelsel ontstaan en kunnen ons vertellen hoe het zonnestelsel – en dan met name de gasreuzen – ontstaan zijn.” Bernardinelli merkt daarbij op dat de objecten ingedeeld kunnen worden in verschillende populaties met elk hun eigen ontstaansgeschiedenis. “En die moeten we goed begrijpen alvorens we de vorming van het zonnestelsel kunnen reconstrueren.”

Hoe meer objecten er van de verschillende populaties ontdekt worden, hoe beter het is. Voor DECam is het doek gevallen, maar er zitten een paar interessante nieuwe observatieprojecten in de pijplijn. “Het belangrijkste project is de Legacy Survey of Space and Time van het Vera Rubin Observatory dat in 2023 van start gaat,” vertelt Bernardinelli. “Dit project zal de ons bekende populatie Transneptunische Objecten naar verwachting met een factor tien uitbreiden.”