Zien wat nog nooit gezien is

We staan op de drempel van nieuwe ontdekkingen in het universum. De Hubble-telescoop, die een schat aan informatie heeft opgeleverd, krijgt een nog geavanceerdere opvolger. Astronomen hebben hoge verwachtingen.

'Het universum is ons enige experiment. Dertien komma zeven miljard jaar geleden is het in gang gezet. We kunnen het niet herhalen, hier moeten wij het mee doen. We kunnen ook niet ter plekke bij een sterrenstelsel gaan kijken. Wij zitten hier en zien door onze telescopen de evolutie van het heelal en de ontwikkeling van sterren als een film aan ons voorbijgaan." Van die film stelden astronomen onlangs het oudste beeld samen. Een foto die de kijker terugvoert naar de begintijd van het heelal, nog geen 500 miljoen jaar na de Oerknal.

Een nieuw record, dat niet lang zal standhouden, voorspelt Ivo Labbé van de Universiteit Leiden, die in het team zat dat deze foto produceerde. "We leven in de Gouden Eeuw van de astronomie, er komen in steeds hoger tempo betere instrumenten om mee waar te nemen. De oudste sterrenstelsels op deze foto, die gemaakt is met de Hubble ruimtetelescoop, zijn nu nog vage vlekjes. Over een paar jaar wordt zijn opvolger, de James Webb, gelanceerd. Dan gaan er nieuwe werelden voor ons open, en kunnen we deze stelsels in detail bestuderen. Zien we hoe groot ze zijn, waaruit ze zijn samengesteld. Zien we hoe stelsels om elkaar heen dansen."

Een afspraak met Ivo Labbé is niet eenvoudig gemaakt. Sterrenkunde is een internationale discipline en het leven van de Leidenaar is daarnaar ingericht. Grote delen van het jaar verblijft hij in het buitenland. Waar de telescopen staan. Even terug in Nederland stelt hij voor het gesprek te houden in de Oude Sterrewacht. Een perfecte locatie. Het gebouw is zojuist in zijn oude luister hersteld en de aanwezigheid van vroegere grootheden als Willem de Sitter en Jan Hendrik Oort is bijna voelbaar. Maar van de serene rust van weleer is weinig over. Een moderne astronoom leidt een druk bestaan, blijkt al snel.

Hoe komt zo'n foto van het jonge heelal tot stand? Het zal niet een kwestie zijn van op het juiste moment afdrukken.
"Het is een proces van jaren. De foto is samengesteld uit alle waarnemingen van een heel klein stukje van de hemel, niet meer dan een speldeprik. Het is een gebied waar nauwelijks sterren staan en waar we dus ongehinderd diep het heelal in kunnen kijken.

De Hubble heeft in totaal meer dan twee miljoen seconden zijn spiegel op dit punt gericht. Daardoor kunnen we objecten zien die tien miljard keer zo zwak zijn als hemellichamen die nog net met het blote oog zijn waar te nemen. Dat is zoiets als een kaars op de maan zien branden."

Wie bepaalt dat, dat de Hubble zo lang naar dat speldepuntje kijkt?
"Dat is het resultaat van een gesynchroniseerde stoelendans. Van een bloedbad onder sterrenkundigen, zou je ook kunnen zeggen. De voorstellen voor waarnemingen met de Hubble overvragen de beschikbare tijd met ongeveer een factor tien.

Ieder jaar in mei vergaderen deskundigen op de thuisbasis van de Hubble in Maryland drie dagen over de vraag welke voorstellen mogen worden uitgevoerd. Per deelrichting gaat het om zo'n vijftig à honderd aanvragen, dus reken maar uit: voor elk voorstel is maar tien minuten tijd. Het verhaal moet daarom niet alleen wetenschappelijk goed in elkaar steken, het moet ook lekker bekken. Ze hoeven maar één punt niet te snappen, of het is afgewezen."

Collega's oordelen over elkaar? Als dat maar goed gaat.
"Dat is een heikel punt. De sterrenkunde is een internationale wetenschap, maar ook een kleine gemeenschap. In mijn eigen specialisatie zijn tien groepen actief en die mensen ken ik allemaal. De groepen waar de Hubble mee werkt zijn groter, maar ook daar gebeurt het vaak dat je een voorstel van een directe collega onder ogen krijgt. Als je iemand goed kent, word je geacht dat voor de vergadering te laten weten, je te onthouden van stemming en de ruimte bij de bespreking te verlaten."

In dat circus sleepte uw groep haar waarneemtijd binnen?
"Ja, maar ons werk valt onder een aparte categorie. Onze waarnemingen overstijgen ons eigen veld en zijn voor de hele sterrenkunde van belang. Iedereen wil en mag er daarom ook meteen over beschikken. Het ging er dus om wie het slimste voorstel had, wie met de beste waarneemtijd de interessantste optie had. Ga er maar van uit dat op zo'n moment de kruidenier in de sterrenkundige boven komt. Zij willen een half uur? Kan dat niet in twintig minuten? Dat wij wonnen, was waarschijnlijk vanwege de betere strategie. Daarnaast is zo'n toekenning ook goed voor ons prestige. In elk artikel staat dat het onze data zijn."

Maar het gaat om die data zelf.
"Natuurlijk, de waarnemingen zijn ons levensbloed. Dus hoe gaat dat? Iedereen zit eerst maanden te wachten tot de Hubble aan onze meetserie begint. Dan stromen de data ineens binnen."

En kunt u aan de slag.
"Aan de slag? Een gekkenhuis is het dan. Stel je voor, iedereen wil die gegevens zo snel mogelijk analyseren en verwerken tot een artikel. Die data komen 's ochtends overal binnen en 's avonds staat het eerste artikel al op de site. Daar moet je bij zijn. Je mag nog wel één of twee dagen later komen, maar als een artikel een week op de site staat, moet je er al naar verwijzen. En dan moet je echt iets toevoegen, anders telt jouw artikel niet meer mee.

In de aanloop naar die datastroom is iedereen daarom in training; zich aan het voorbereiden op het schrijven van dat artikel. Dat is niks geen duffe wetenschap op een stoffig kamertje. Het is topsport, het is als de Olympische Spelen."

In die wedstrijd vestigde uw groep een nieuw record?
"Ja, en dat record staat nog steeds. Al kijken we nu alweer een stukje dieper het heelal in. Maar in 2010, toen de data vrijkwamen, was het een mijlpaal. En onze Amerikaanse collega's vonden dat we dat moesten markeren met een foto. Deze compositiefoto dus.

Daar zat ook een belang achter. In 2003 was de spaceshuttle Columbia verongelukt, waarna de Amerikaanse ruimtevaart jarenlang stillag. Ook de Hubble werd niet meer onderhouden. De Nasa wilde hem zelfs laten neerstorten. Ik vreesde al voor zeven magere jaren in de sterrenkunde, maar het Amerikaanse publiek stak er een stokje voor. De Hubble was hun oog op de ruimte; je weet wel, al die mooie plaatjes van Andromeda of de Krabnevel. Niet mijn terrein - vanuit mijn perspectief liggen die objecten praktisch om de hoek - maar ik was er maar wat blij mee dat de Nasa overstag ging. En dat de Hubble een nieuwe camera kreeg waarmee wij onze waarnemingen konden doen."

Labbé onderbreekt het gesprek. Zijn mobiel brandt in zijn binnenzak. De Olympische Spelen komen er weer aan, zegt hij. De laatste data van de Hubble kunnen elk moment binnenrollen.

Maar moet hij dan niet op zijn post zitten, achter zijn computer? "Nee, nee, deze eerste ronde is voor mijn collega's. Maar ik heb nu zo veel oproepen gemist; ik moet even checken of alles goed gaat.

(...)

Okay, we kunnen verder."

Wat zien we nu op die foto?
"Bijna allemaal sterrenstelsels op extreme afstanden. Elk stipje staat voor een stelsel van 100 miljoen tot 100 miljard sterren. Hoe ver ze precies staan, is de eerste vraag die we moeten beantwoorden. Pas dan kun je zeggen hoe helder het stelsel werkelijk is, wat de kleur is van het licht dat het uitzendt of op welk tijdstip dat licht is uitgezonden."

Hoe doe je dat? Je kunt er geen liniaal langs leggen.
"Nee, we meten het licht op allerlei golflengten en vergelijken de uitkomsten met een model voor het licht van een sterrenstelsel. Met behulp daarvan berekenen we de afstand.

Dat is niet foutloos: we komen de afstand zo tot op tien à vijftien procent nauwkeurig te weten. En er is een kans van tien à twintig procent op een kolossale misser. Dat we denken dat het een ver stelsel is, maar in feite een zwak sterretje vlak voor onze neus. Is voor ons onderzoek niet erg. Wij zijn geïnteresseerd in gemiddelden, in verdelingen. We groeperen de stelsels op hun periode in de evolutie van het heelal. Dan maken we snapshots: stelsels die 500 miljoen jaar na de Oerknal hun licht uitzonden, stelsels op een miljard jaar, op twee miljard jaar."

Aha. Als je die beelden achter elkaar zet, krijg je de film van het heelal waar u in het begin over sprak.
"Ja, met dien verstande dat het geen echte film is. In een echte film komt steeds hetzelfde object in beeld. Dat is hier niet zo.

Ik vergelijk het wel eens met onderzoek naar de groei van kinderen dat je doet aan de hand van klassenfoto's. Dat zijn ook allemaal verschillende kinderen en toch kun je wel iets zeggen over de gemiddelde groei bijvoorbeeld. Of je ontdekt dat er jongens en meisjes in een klas zitten. Zo gaat het ook met stelsels, en kun je ontdekken dat bepaalde eigenschappen blijvend zijn. En dat dit stelsel van een miljard jaar na de Oerknal er een miljard jaar later uit zal zien als dat stelsel. Zo wordt het steeds meer een 'echte' film. Al zal snel blijken dat de werkelijkheid ingewikkelder is. En zitten er in een klas ook opa's en oma's. Of kinderen met een baard."

Beginnen we de evolutie van het heelal te begrijpen?
"Het plaatje van het gemiddelde kennen we redelijk goed. We weten hoe sterrenstelsel groeien, welke fases ze doorlopen, hoe ze aan hun einde komen. Alleen: sterrenstelsels doen er niet echt toe. Stelsels zijn opgebouwd uit de materie die wij zien, de materie waaruit we ook zelf bestaan. Maar het heelal wordt gedomineerd door donkere materie en donkere energie. Die maken voor 95 procent de dienst uit. Sterrenstelsels draaien om elkaar heen of botsen op elkaar omdat de donkere materie hen daartoe drijft.

De stelsels liften eigenlijk mee op de golven van de donkere materie. Als badeendjes, zeg maar. Dat is de drijvende kracht, en tot onze schande weten wij daar niets van."

Maar de gewone materie begrijpen we toch wel?
"Niet echt. We hebben scenario's waarmee we het gedrag van stelsels kunnen beschrijven. Die zijn nog tamelijk grof, maar alla. Begrijpen doen we het echter nog lang niet. Waarom is onze Melkweg een spiraal, en geen elliptisch stelsel? Wanneer begonnen de eerste stelsels met stervorming en waarom stoppen ze ermee? Er zijn speculaties over, maar eigenlijk weten we het niet."

Terug naar de telescoop dus. De sterrenkunde heeft meer data nodig, meer levensbloed.
"Wat heet. Op deze Hubble-foto staan 5000 sterrenstelsels. Van zegge en schrijve vijftig stelsels hebben we enkele nadere gegevens, zoals de precieze afstand of de elementen waaruit ze zijn opgebouwd. Om fatsoenlijke statistiek te kunnen bedrijven waarmee je de stelsels kunt onderscheiden, heb je er een paar honderdduizend nodig. Ander voorbeeld: de Hubble heeft nu die speldeprik van de hemel opgemeten en daar had hij twee miljoen seconden voor nodig. Dat is een week of drie. Voor het hele zwerk zou de Hubble ruim twee miljoen jaar bezig zijn."

Maar er komen toch nieuwe telescopen aan waarmee het allemaal veel sneller kan?
"Ja, het is een spannende tijd. Die nieuwe telescopen kijken op een andere golflengte, zoals de James Webb-telescoop. Of ze hebben een ruimer blikveld, zoals de nieuwe Europese ruimtetelescoop Euclid. Het allerspannendst zou zijn als er iets is dat we over het hoofd hebben gezien. We zien nu deze vroege stelsels, maar de allereerste sterren kennen we niet. We hebben een idee hoe ze eruit moeten zien. Maar zeker weten we het niet, want we hebben ze nog nooit gezien. Of nog mooier: misschien hebben we ze al wel gezien, maar hebben we niet begrepen dat ze er zo uitzien."

'Begrijpen doen we het nog lang niet'

FOTO'S PATRICK POST

Wie is Ivo Labbé?
Ivo Labbé (1972, Alphen aan den Rijn) promoveerde in 2004 in Leiden. Daarna was hij zes jaar verbonden aan het observatorium van het Carnegie Instituut in Pasadena (Californië). In 2011 keerde de as- tronoom terug aan de Leidse universiteit. In zijn proefschrift toonde hij aan dat het jonge heelal - twee à drie miljard jaar na de Oerknal - al volwassen sterrenstelsels kende. Hiervoor kreeg hij de Martinus van Marum Prijs van de Koninklijke Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden