Stof in een stelsel en sneeuw op de berg/STERRENKUNDE

De weg die naar een nieuw stukje kennis leidt, is kaarsrecht, je kunt hem niet missen. Zo lijkt het tenminste wanneer de onderzoeker het achteraf uitlegt. Gaat het echt zo? Vier wetenschappers laten Trouw een jaar lang over hun schouder meekijken. Prof. dr. Marijn Franx als vierde: “En waar je ook naar kijkt, je ziet steeds dingen die je vanaf de grond niet had verwacht.”

Dat bandje bevat de laatste waarneming die de Hubble ruimtetelescoop voor Franx heeft gedaan aan elliptische melkwegstelsels. Dat treft, ik heb in de trein naar Groningen net een boek over melkwegstelsels uitgelezen en wat daar over elliptische stelsels in stond is beknopt genoeg om nog uit het hoofd te weten: bolvormige of langwerpige verzamelingen van sterren, zonder spiraalstructuur of andere opvallende kenmerken. Saai, saai, saai.

Dat boek, net uit, is verouderd volgens dat bandje. Franx roept op zijn computer een paar eerder binnengekomen beelden op. Die ronde sterrenhoop vertoont inkepingen die op geen enkel plaatje in mijn boekenkast voorkomen. En als Franx wat met het contrast speelt, blijken die inkepingen in werkelijkheid complete donkere banen te zijn die tot ver in het stelsel doorlopen: “Stof”, zegt hij. “Die stelsels zijn helemaal niet zo saai als iedereen dacht, er zit heel veel structuur in.”

Er is nog één bandje op komst, en dan kunnen de gegevens worden uitgewerkt, in beeld gebracht, opgeschreven en - het allerbelangrijkst - gepubliceerd. Jaren te laat eigenlijk: “We hadden dit ingediend voordat de Hubble gelanceerd werd. Daarna bleek dat de hoofdspiegel van de telescoop niet goed was en werd het hele waarneemprogramma herzien. Ons werd toen gezegd: we doen het niet meer vóór de reparatie. Met veel moeite hebben we nog wel iets gedaan gekregen, maar de kleurwaarnemingen gingen niet door.”

In augustus 1993 was het eerste voorstel weer de deur uitgegaan. “Een proposal van twaalf pagina's, per post en e-mail. De Hubble telescoop kreeg acht- of negenhonderd proposals;, twee derde valt af, maar wij kregen drie van de drie voorstellen goedgekeurd.”

“Het doel is op dat moment een kwalitatieve selectie. Je komt er door als je voorstel goed is, maar die mensen moeten je ook kennen, zo werkt het nu eenmaal. Daarna moet je, een half jaar voor de waarnemingen, met een gedetailleerde waarnemingslijst komen. Welk stelsel je wilt zien, hoe lang, met welke filters. Van die informatie wordt op het Space telescope science institute in Baltimore een computerbestand gemaakt: de computer combineert jouw waarnemingen met die van andere groepen tot een schema voor de telescoop. Daar zit dan alles in: waar hij is in zijn baan, de positie van de aarde, de maan en de zon. Een maand van tevoren krijg je te horen wanneer het zal gebeuren. Als het goed is gegaan, krijg je dat te horen per e-mail en het bandje gaat meteen op de post. Dan kijk je natuurlijk direct of er opmerkelijke dingen aan de hand zijn.”

Dat kan een frustrerend moment zijn: bij een waarneming door een 'gewone' telescoop kun je bij tegenvallende of juist heel bijzondere waarnemingen snel nog een keer naar een object kijken, de toegemeten telescooptijd desnoods heel anders inzetten. Bij de Hubble is die flexibiliteit er niet. En eigenlijk is dat maar goed ook: “De kwaliteit van de beelden is tien keer zo goed als die je vanaf de grond zou kunnen krijgen. En waar je ook naar kijkt, je ziet steeds dingen die je vanaf de grond niet had verwacht.”

De stofslierten zijn niet eens het enige opmerkelijke dat Franx in zijn elliptische sterrenstelsels ziet. Maar het andere mag pas later dit jaar in de krant, hij moet eerst nog uitzoeken of hij werkelijk ziet wat hij ziet. En voor beide geldt: dat was niet waar hij naar op zoek was toen hij het voorstel indiende.

“Waar we achter wilden komen is, hoe sterrenstelsels gevormd zijn en zich ontwikkeld hebben. Daar weten we niet veel van en dat komt doordat er een heleboel materie omheen zit die we niet kunnen zien. Er zijn aanwijzingen dat sterrenstelsels 'gierig' zijn: ze verzamelen steeds meer van die materie in hun kern. Bij sommige stelsels zie je aan het licht dat er snelle rotaties in dat kerngebied plaatsvinden. De oorzaak daarvan zou kunnen zijn, dat ze ooit in botsing zijn geweest met een ander stelsel. Door dat alles verwachten we dat er in de kern andere sterren zouden zijn, die blauwer zijn. Daarom hebben we de waarnemingen in rood en in blauw licht gedaan.”

In plaats van dáárover komt er nu dus een publicatie over stof in elliptische stelsels. Een post-doc, een pas gepromoveerde onderzoeker in Leiden, zal de analyse doen en samen met Franx voor de publicatie tekenen. Zo gaat dat bij een hoogleraar. Nog doet hij veel zelf, want hij is een erg jonge hoogleraar: 34 jaar. Maar hij ziet zichzelf met enige tegenzin op den duur vooral onderzoeksvoorstellen schrijven en leiding geven aan degenen die het onderzoek uitvoeren.

'Toen ik begon met mijn studie in Leiden had ik zelf nog niet zo'n duidelijk idee wat ik wilde gaan doen. Sterrenkunde was toen de optie die alles omvatte: de wiskunde en allerlei kanten van de natuurkunde. Pas tijdens mijn onderzoek - met de oude studie had je als student nog de mogelijkheid om redelijk onafhankelijk onderzoek te doen, wel tweeëneenhalf jaar lang - raakte ik echt enthousiast.''

“Ik heb toen gesolliciteerd naar een zomer-assistentschap in het Kitt Peak observatorium in Arizona. Dat was heel leuk, met dezelfde mensen werk ik nu nog steeds samen. En mijn promotie in Leiden was gebaseerd op een plan dat ik met hen heb opgesteld.”

Het plan behelsde ook samenwerking met andere Amerikaanse universiteiten. De promovendus kwam in Princeton, in Baltimore, en deed de contacten op die hem na zijn promotie naar Harvard brachten: “Daar heb ik vijf jaar gezeten op verschillende banen. Mijn vrouw had ook aspiraties: ze is klinisch specialiste, ze werkt op het terrein van de medische besliskunde. Daarmee kun je in Boston goed terechtkomen.”

Anderhalf jaar geleden kozen ze samen voor Groningen. “Ik in mijn huidige baan, mijn vrouw kon een Pionier-beurs van NWO krijgen. Ik had ook hoogleraar in Harvard kunnen worden, maar hoogleraar in Harvard wil zeggen dat je na vier jaar naar een andere baan moet gaan zoeken. Dan moesten we nog eens door zo'n fase dat we iets anders moesten zoeken.”

Tegenover die vastigheid staat een ook wat minder flexibele financiering van het onderzoek. “In Amerika gaat alles per grant. Maar als je die hebt, hoef je je ook geen zorgen te maken over het inhuren van mensen. De filosofie van bij voorbeeld de Nasa, die de ruimtetelescoop beheert, is dat de data niet alleen op tape moeten staan, er moet ook iets mee gebeuren. Hier in Nederland zijn ze niet zo snel met nieuwe middelen.”

Niet alle astronomie wordt vanuit ruimtevaartuigen bedreven, en voor het 'aardse' werk zal een astronoom die zich in Nederland vestigt flink moeten reizen: naar de wolkenloze luchten toe. Eind deze maand gaat Franx naar de Keck telescoop op de vulkaan Mauna Kea op Hawaii, voor waarnemingen ten behoeve van een ander onderzoek.

“Dat is een technisch heel uitdagend project. We willen het verleden van sterrenstelsels achterhalen door steeds verder weg te kijken. Stelselarcheologie zou je het kunnen noemen. We zoeken naar stelsels die op elkaar lijken, zodat we kunnen zien hoe dergelijke objecten in de loop van de tijd veranderd zijn.”

Om op elkaar lijkende stelsels te vinden op verschillende afstanden (en door de eindige snelheid van het licht zie je ze dan op verschillende leeftijden) moeten er heel veel worden onderzocht. Dat doet Franx, samen met collega's van het Lick observatorium in Santa Cruz, Californië, door naar grote clusters van sterrenstelsels te kijken. Het onderzoek gaat ervan uit dat clusters op elkaar lijken, en dat dus ook de helderste leden van dergelijke clusters allemaal op elkaar lijken.

Van die leden wordt het licht in een spectrograaf op kleur onderzocht. Bepaalde lijnen in het spectrum, waarvan in het laboratorium op aarde precies gemeten is bij welke golflengte ze horen, zullen in de spectra van de stelsels verschoven en verbreed zijn. Aan de hand van de verschuiving kan hun afstand bepaald worden, en de verbreding verraadt de snelheid waarmee afzonderlijke sterren in die stelsels naar de waarnemer toe of van hem af bewegen.

Daarnaast is Franx benieuwd hoe de verhouding massa/lichtkracht zal blijken te veranderen: hoeveel van de materie in een stelsel zit er in sterren?

“Het is lastig. De eerste waarnemingen heb ik gedaan toen ik nog op Harvard was, en het was echt een gokje van de commissie die de voorstellen beoordeelde. Om genoeg gegevens te krijgen moet je meerdere objecten in één keer waarnemen. Dat doen we door achter de telescoop een plaat te plaatsen met gaatjes op de plaatsen waar je in het beeld de sterrenstelsels zult krijgen die je wilt bestuderen. Het licht daarvan komt uit die gaatjes en gaat naar de spectrograaf.”

Zijn trip naar Hawaii, zelfs voor gewone Amerikanen in principe een droomreis, kan hem eigenlijk gestolen worden; als de Keck telescoop ooit nog eens zover geautomatiseerd wordt dat hij hem vanuit Groningen kan bedienen, is hem dat net zo lief. “De eerste keer dat ik er kwam hadden we twee nachten sneeuw.”

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden