Speuren naar sterrenstof

Leestijd: 8 minuten (1285 woorden)

Ze is al een oude dame. En als dit project niet voorbij was gekomen, dan was ze al drie jaar geleden definitief afgeschreven. ‘Is het dan niet mooi dat ze een tweede leven krijgt? Dat ze zich nog vijf of tien jaar nuttig kan maken voor de wetenschap?’

De oude dame is de radiotelescoop in herinneringscentrum Westerbork. Het project: een speciale, hypergevoelige camera, die – als het een beetje meezit – vanaf december de hemel gaat afspeuren naar signalen uit de ruimte. Marc Verheijen is de man die deze signalen gaat ontcijferen. De RUG-astronoom sleepte hoogstpersoonlijk een Vici-subsidie voor de poorten van de hel weg, waardoor het project nu eindelijk van start kan.

Verheijen stapte met succes naar de rechter om de toekenning van de eerder afgewezen NWO-gelden veilig te stellen. Want het zou toch te gek voor woorden zijn dat je tien jaar werk en diverse grants besteedt aan de ontwikkeling van een astronomisch instrument – dat het blikveld van de bejaarde Westerborktelescopen dertig keer zo groot maakt – maar het vervolgens niet kunt gebruiken omdat aanvullende financiering uitblijft?

Haperende onderdelen

Gelukkig is het niet zover gekomen. Op Westerbork is het momenteel een drukte van belang. Schotels worden schoongespoten: er zat groene aanslag op en ze waren verroest. Haperende onderdelen worden vervangen, zoals de radertjes uit schotel 2 die plotseling helemaal ‘uit zenit’ stond – niet langer gericht op het hoogste punt van de sterrenhemel. ‘Hij was helemaal doorgeschoten!’ vertelt senior technicus Jan Pieter de Reijer opgewonden als Verheijen bij de telescopen arriveert. ‘Nooit iets gehoord of gemerkt, maar toen we uitzochten wat er aan de hand was, bleken de kogellagers helemaal vermalen tot pulp.’ Hij wrijft zijn vingers om te illustreren hoe de onderdelen aanvoelden toen ze het ijzerwerk open schroefden.

Dat er sprake is van achterstallig onderhoud, is niet zo gek. De schotels – veertien stuks met een doorsnee van 25 meter, die over een afstand van drie kilometer van oost naar west staan opgesteld – doen nu al 45 jaar dienst. Ooit vormden ze een van de meest geavanceerde telescopen ter wereld, maar Westerbork werd ingehaald door gevoeliger instrumenten elders en dreigde in onbruik te raken. Maar als de technici klaar zijn met het strippen van de metershoge gevaartes en die vervolgens voorzien van nieuwe, hoogwaardige apparatuur, dan staat de telescoop weer vooraan in de wereld.

Sterrenstof

De camera – Apertif gedoopt – is eigenlijk een doos van één vierkante meter waarin 121 antennes zijn geplaatst, die stuk voor stuk iets anders gericht zijn. Door de signalen slim te combineren, wordt het blikveld van de camera dertig keer groter dan met één antenne het geval zou zijn. Een soort groothoeklens dus, die speciaal ‘luistert’ naar waterstofgas in het heelal.

En dat is nuttig. Waterstof is immers het basisingrediënt van het heelal – een atoomkern met slechts één proton en één elektron die eromheen draaien. Het is het sterrenstof dat de basis vormt voor alle materie die na de oerknal is ontstaan.

Evolutie van het heelal

Dat proces van aantrekking en klontering, dat nog altijd bezig is, kan ons veel vertellen over de evolutie van het heelal, over het ontstaan van sterrenstelsels en over wat ons nog te wachten staat. Waarom zijn sterrenstelsels in relatief lege delen van het heelal meestal spiraalvormige, afgeplatte schijven en hebben de stelsels met veel buren een soort ellipsvorm, als een rugbybal? En wat gebeurt er over pakweg 2,5 miljard jaar, als onze Melkweg en de naburige Andromedanevel – die met 300 kilometer per seconde op ons af raast – botsen en samensmelten? De verwachting is dat ze samen een elliptisch stelsel gaan vormen. Maar is dat echt waar? En hoe gaat dat dan?

‘Door te luisteren op de 1420 MHz-frequentie, de specifieke golflengte van de straling die waterstofgas afgeeft, kun je de verdeling van waterstofgas in het heelal heel goed in kaart brengen’, zegt Verheijen. ‘Maar je kunt ook kijken naar de beweging van waterstof in melkwegstelsels in het uitdijende heelal.’

Hoe sneller het gas van ons af beweegt, hoe lager immers de frequentie die je waarneemt. Dat verschijnsel wordt het dopplereffect genoemd – bekend van de politiesirene. Bovendien strekt waterstofgas zich uit tot ver buiten de ‘zichtbare’ grenzen van een melkwegstelsel en is daarom veel gevoeliger voor getijdebewegingen.

Ruis onderdrukken

Het is echter niet gemakkelijk om waterstof in het heelal te bestuderen. De straling die het gas uitzendt is namelijk nauwelijks waar te nemen. ‘Als je alle energie die Westerbork in 45 jaar heeft opgevangen zou gebruiken, zou je een fietslampje twee seconden kunnen laten branden’, vertelt Verheijen ter illustratie.

De metingen zitten daardoor vol ruis. De enkele antenne die de telescopen altijd gebruikten, moest voortdurend gekoeld worden met vloeibaar helium om die ruis zoveel mogelijk te onderdrukken. Ook moesten er heel veel metingen worden verricht om resultaat te krijgen. Wilde je bijvoorbeeld de Andromedanevel bestuderen, dan moest het oude systeem 163 punten aan de hemel meten.

Het is de reden dat tot nu toe nog maar een krappe duizend sterrenstelsels goed zijn onderzocht. ‘Veel te weinig om statistisch steekhoudende conclusies te trekken’, zegt Verheijen. ‘Bovendien waren die stelsels ook nog van tevoren geselecteerd en vormen ze geen willekeurige steekproef.’

Indrukwekkende wirwar

Met Apertif is dat verleden tijd. De nieuwe camera heeft nog maar vier meetpunten nodig en vloeibaar helium is overbodig. Daardoor kan hij de komende vier jaar zo’n 100 duizend stelsels onderzoeken en tienduizend in detail bekijken.

En dus staat schotel zes vandaag niet op de hemel gericht, maar naar voren gekanteld. Een blauwe hoogwerker is tot de rand gereden en zoemt schokkerig omhoog, tot recht voor het hart van de schotel. Een technicus trekt de deurtjes van de kist open en onthult een indrukwekkende wirwar van zwarte kabels die straks alle data omlaag gaat sturen, naar de zeecontainers volgestouwd met apparatuur om de gegevens te verwerken, waarna de data van alle schotels in het centrale onderzoekscentrum worden samengevoegd tot een geheel.

Ontdekkingsreiziger

Nu de eerste zes schotels bijna zijn omgebouwd, is het tijd om te gaan testen en kalibreren. En dan, ergens in december, richt Verheijen zijn camera’s op de Andromedanevel voor de eerste echte metingen. Een testcase. ‘We weten wat we van Andromeda kunnen verwachten’, legt hij uit. ‘Bovendien is dat sterrenstelsel dichtbij en kunnen we de verdeling en bewegingen van het waterstofgas gedetailleerd in beeld brengen. Zo kunnen we de kracht van Apertif demonstreren.’

Zes andere schotels volgen in het voorjaar. En dan? Dan kunnen de postdocs en promovendi echt aan het werk. Want, zegt Verheijen: ‘Een astronoom is een ontdekkingsreiziger in het heelal. En er is nog zoveel te onderzoeken. Columbus was ook niet tevreden met alleen Europa.’