Wetenschap
Scott Trager Foto Reyer Boxem

Terwijl de vulkaan uitbarst

Sterrenlicht vangen

Scott Trager Foto Reyer Boxem
De lavastromen op La Palma vernietigen langzaam maar zeker alles wat hun pad komt. Maar RUG-astronoom Scott Trager werkt gestaag door aan een van de meest geavanceerde astronomische meetapparaten ter wereld: de WEAVE die op datzelfde eiland moet komen.
3 november om 9:29 uur.
Laatst gewijzigd op 3 november 2021
om 10:41 uur.
november 3 at 9:29 AM.
Last modified on november 3, 2021
at 10:41 AM.

Door Rob van der Wal

3 november om 9:29 uur.
Laatst gewijzigd op 3 november 2021
om 10:41 uur.

By Rob van der Wal

november 3 at 9:29 AM.
Last modified on november 3, 2021
at 10:41 AM.

Rob van der Wal

RUG-astronoom Scott Trager heeft verbinding gemaakt met La Palma. Via het computerscherm in zijn kantoor in Groningen heeft hij toegang tot zes verschillende camera’s waarmee hij het werk aan de William Herschel Telescope Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE) in de gaten kan houden. Sommige tonen hem apparaten die langzaam in elkaar worden gezet, op andere ziet hij mensen die het werk monitoren.

Op datzelfde eiland spuwt de Cumbre Vieja-vulkaan as hoog de lucht in, lava stroomt langzaam in de richting van de kust. De telescoop zelf staat op 2725 meter hoog, net iets hoger dan waar de vulkaanas reikt. Toch is de koepel van het gebouw sinds het begin van de uitbarsting op 19 september gesloten.

Onmogelijk

‘We maakten ons wel zorgen dat het ons werk onmogelijk zou maken’, zegt Trager. ‘Maar hoewel we nu even niet goed door de telescoop kunnen kijken, kunnen we er nog wel aan werken.’

Dit wordt het grootste optische instrument in de geschiedenis van de Nederlandse astronomie

Geen wonder dat hij zich zorgen maakt: Trager werkt aan wat hij ‘het grootste optische instrument in de geschiedenis van de Nederlandse astronomie’ noemt, terwijl niet veel verder de straten waar de lava niet langs stroomt, zijn bedekt met as.

Het instrument waar hij aan werkt is uniek. Het zorgt ervoor dat de telescoop een heel groot stuk van de hemel kan zien en licht van zwakkere sterren op kan vangen. Zwakker dan de sterren die ruimtetelescoop Gaia twee jaar geleden oppikte, wat een sensatie in de wereld van de astronomie veroorzaakte.

Glasvezel

Trager doet dit met behulp van duizenden glasvezelkabels die dunner zijn dan een haar. Dat is nogal bijzonder, want op zich zijn spiegels die gebruikt worden in een telescoop niet veel anders dan de spiegels in een gewone Nikoncamera. Gebruik je een kleinere spiegel, dan krijg je een breder beeld met een lage resolutie. Een grotere spiegel kan meer licht focussen waardoor je meer details ziet, maar dan heb je maar een klein gebied in beeld.

Om een groot én scherp beeld te krijgen heeft Trager een telescoop nodig met een spiegel met een diameter van ongeveer vier meter. ‘In de astronomie is dat een telescoop van gemiddelde grootte’, zegt hij. Hij kan er het licht van de sterren in duizenden verschillende kleuren mee uiteen splitsen. En dat levert informatie op over de snelheid en de richting waarmee ze door de Melkweg reizen. 

Maar Trager wilde meer. Hij wilde dit voor een groter stuk hemel doen. Maar dat was onmogelijk. Totdat hij zich realiseerde dat hij gewoon een creatieve oplossing nodig had.

Verschrikkelijk duur

Want wat nu als hij het licht met behulp van een gewone spiegel kon opvangen? Maar in plaats van dat hij het licht direct naar de lens stuurde, zou hij het naar een groot brandpuntsvlak sturen, waar het licht op een oppervlak van bijna een halve meter breed in focus is. Op die manier kon hij een soort minikaartje maken van het stuk hemel waar de telescoop op gericht is.

Als hij dat hele brandpuntsvlak kon bedekken met glasvezeldraden die – net als een internetkabel – het licht van overal op de kaart naar een spectrograaf konden sturen, zodat die het daadwerkelijke meetwerk kon doen. Dan kon hij belangrijke informatie over de helderheid van de ster en de kleur van het licht krijgen. En dan wist hij hoe snel die ster zich naar ons toe of van ons af bewoog.

Het zou bijna drie miljard euro kosten en onmogelijk om te bouwen

Het idee was heel erg cool, maar verschrikkelijk duur, zegt Trager. ‘Om het hele brandpuntsvlak van de William Herscheltelescoop te bedekken hadden we bijna zevenhonderdduizend vezels nodig. Er passen maar ongeveer duizend vezels in een spectrograaf, dus dan hadden we bijna zevenhonderd spectrografen nodig om het licht van al die vezels op te vangen!’

Dat zou alleen bijna drie miljard euro kosten. En dus ging hij ervan uit dat het onmogelijk zou zijn om het instrument ooit te bouwen, legt Trager uit.

La Palma

Maar in 2010 ontmoette Trager de nieuwe directeur van de telescoop in La Palma, die na dertig jaar aan een update toe was. La Palma was toevallig ook nog de perfecte plek om een revolutionair instrument zoals dat van Trager te bouwen. Niet alleen omdat de telescoop een spiegel van 4,2 meter heeft, maar ook vanwege de heldere hemel en gematigde wind.

‘Als wind van richting verandert, bijvoorbeeld omdat er een gebouw of een andere structuur in de weg staat, wordt het beeld van de telescoop verstoord’, legt Trager uit. ‘Om de beste meetresultaten te krijgen hebben we dus een gestage wind nodig die uit maar een richting komt. Dat soort wind komt voor bovenop bergen dicht bij de zee.’ Oftewel, bij de sterrenwacht op La Palma.

Trager raakte aan de praat met Gavin Dalton, astrofysicus in Oxford, die een zelfde soort idee had. ‘Zijn ontwerp was minder ingewikkeld en goedkoper dan dat van mij.’ En het lukte de twee astronomen om hun ideeën te combineren.

WEAVE kijkt niet naar het hele brandpuntsvlak zoals in Tragers oorspronkelijke idee, maar concentreert zich alleen op de plekken waar de sterren te zien zullen zijn. Twee robots leggen de vezels op de plek van de sterren op het minikaartje. ‘Op die manier hebben we veel minder vezels nodig’, zegt Trager. Een mooie bijkomstigheid is dat ze veel minder overbodige data hebben, zoals metingen van een donkere hemel.

Close-up van het hart van WEAVE. Foto Gavin Dalton / U Oxford en STFCs RAL Space

Geluidloos

Het niet te bouwen instrument wordt nu dus toch gebouwd. WEAVE ziet eruit als een stukje kant of een weefgetouw, en gebruikt 950 vezelkabels die zich allemaal op hun eigen ster concentreren. Twee camera’s met een resolutie van twaalfduizend bij zesduizend pixels verzamelen de spectrums.

Niemand heeft ooit eerder een groot optisch instrument gebouwd dat ook maar de helft zo groot was

Twee cryostaten gevuld met vloeibaar stikstof koelen de digitale camera’s af zodat ze gevoeliger en zo goed als geluidloos zijn. Terwijl de metingen worden gedaan maken de twee robots alvast een volgende set van 950 vezelkabels klaar. Als ze klaar zijn wisselen de twee platen en begint het proces opnieuw.

Het project is bijna af. Alleen de testfase moet nog, maar die liep vertraging op, eerst door de pandemie en nu door de uitbarsting van de vulkaan, die al anderhalve maand duurt.

Onzeker

‘We zijn nu bezig met de laatste beetjes integratie en het testen van alle onderdelen’, zegt Trager. ‘We moeten nog zien of het licht van de sterren wel door het hele systeem komt.’ ‘Als we eenmaal weten dat dat allemaal lukt, moeten we nog kijken of de robots de vezels kunnen plaatsen op de plekken waar het nodig is.’ Trager is er vrij zeker van dat het wel gaat lukken. ‘We hebben al 350.000 bewegingen uitgevoerd, maar we moeten het toch even checken.’

Door de dreigende uitbarsting is alles op het moment nogal onzeker. De koepel van de telescoop is nu al anderhalve maand dicht om te voorkomen dat er as in het apparaat valt. ‘We weten niet of we eind februari al sterrenlicht kunnen bekijken zoals oorspronkelijk het plan was.’

Trager zal dus nog meer geduld moeten hebben. Maar als het eenmaal zover is zal hij eindelijk de resultaten van zijn grote plan kunnen zien. ‘Ik kijk er heel erg naar uit. Niemand heeft ooit eerder een groot optisch instrument gebouwd dat ook maar de helft zo groot was. Ik ben ervan overtuigd dat het het uiteindelijk allemaal waard is.’

De kleur van het licht

Trager en zijn team bestuderen zowel de positie van sterren als de manier waarop ze zich bewegen. Ze bevatten namelijk informatie over hoe sterrenstelsels zich ontwikkelen en hoe de Melkweg werd gevormd.

Astronomen kunnen de snelheid en de richting van een ster bepalen door te kijken naar het soort licht dat we hier op aarde zien. Als een ster van ons af beweegt zijn de lichtgolven langer en hebben ze een lagere frequentie. Net zoals dat het geluid van een wegrijdende brommer of een politieauto met de sirenes aan, lager klinkt.

In de astronomie heet dit een roodverschuiving, omdat het licht er roder uitziet dan wanneer de ster stil staat. Als een ster naar ons toe beweegt, gebeurt het tegenovergestelde. De lichtgolven worden samengeperst. Dit heet een blauwverschuiving. Hoe sneller het licht reist, hoe meer de golven worden samengeperst of uitgerekt, en hoe sterker de rood- of blauwverschuiving.

English