2009-03 MIRA Ceti sprak met... Koen Kuijken

Wie sterrenkundige wegen bewandelt moet vroeg of laat langs Leiden passeren. Dat gemoedelijke stadje in Nederland huisvest immers de universiteit met wellicht het oudste sterrenkunde-instituut ter wereld. Sinds 1633 zijn tal van grote namen aan de Leidse Sterrewacht verbonden geweest, denken we maar aan Hendrik Lorentz, Willem de Sitter, Ejnar Hertzsprung en Jan Oort om maar enkele beroemdheden te vernoemen.

Omdat de oude sterrenwacht uit haar voegen begon te barsten verhuisde ze in 1974 van het centrum naar de rand van de stad, en daar zijn we te gast in het ruime Oortgebouw voor een gesprek met professor Koen Kuijken (°1963) die onderzoek verricht naar de dynamica van melkwegstelsels, zwaartekrachtslenzen en donkere materie. Wil je Koen Kuijken zelf aan het woord horen, dan kan je op 24 oktober bij onze collega’s van de Volkssterrenwacht Armand Pien in Gent terecht waar hij in de ochtend te gast is voor het geven van een lezing.

 

Professor Kuijken, als we het hebben over het Leidse instituut voor sterrenkunde kunnen we moeilijk om de figuur van Jan Hendrik Oort heen, nietwaar?

 

Zeker, Jan Oort is een reus in de geschiedenis van de Leidse Sterrewacht die ontegensprekelijk een belangrijke rol gespeeld heeft in de sterrenkunde van de 20^ste eeuw. En ons instituut probeert in de traditie van Oort verder te werken, niet alleen op het vlak van zijn wetenschappelijk onderzoek, maar ook door te zorgen voor een sterke internationale inbedding en betrokkenheid bij nieuwe structuren en faciliteiten, en goede contacten met ministeries te onderhouden om zo de financiering op peil te kunnen houden. Als je ziet dat Oort mee aan de basis stond van de oprichting van ESO en dat Hendrik Van de Hulst hetzelfde deed voor ESA, dan mag het wel duidelijk zijn dat men in Leiden nooit bang is geweest om heel groot te denken en een groep mensen achter die ideeën te krijgen.

 

Een groot gebied in ons zonnestelsel wordt naar Oort vernoemd?

 

Ja, aan de hand van de bewegingen en de banen van kometen die langs de Aarde passeren kwam Oort door die gegevens te extrapoleren tot de veronderstelling dat er rondom ons zonnestelsel een groot reservoir moet zitten met miljarden komeetachtige objecten, en dit op afstanden van duizenden astronomische eenheden. Via zijn berekeningen kwam hij uit bij een min of meer sferische verdeling van die populatie kometen, hetgeen overeenkomt met een wolkachtige structuur, vandaar de Oortwolk.

 

Wat zijn op het vlak van radiosterrenkunde de belangrijkste projecten die Oort verwezenlijkt heeft?

 

Hij had een plan ontwikkeld om op basis van de telling van radiobronnen na te gaan hoe het heelal evolueert, en met het oog daarop werd de radiotelescoop van Westerbork gebouwd. Nadien bleek het doel dat Oort voor ogen had onbereikbaar te zijn met radiobronnen, maar in plaats daarvan heeft Westerbork belangrijke ontdekkingen gedaan op het vlak van het bestuderen van de massaverdeling in melkwegstelsels, het in kaart brengen van waterstofwolken, enzovoort. Als je een groot observatorium bouwt dat een totaal nieuw perspectief biedt, kan je uiteraard verwachten dat er ontdekkingen gedaan worden.

Hij heeft verder ook baanbrekend werk geleverd i.v.m. de kern van onze Melkweg, en dat was enkel maar mogelijk via waarnemingen binnen het domein van de radiosterrenkunde. Toch zou ik Oort niet zozeer zien als een groot radioastronoom, hij was gewoon een groot astronoom die voor zijn onderzoek alle middelen gebruikte die binnen zijn bereik lagen.

 

Een paradepaardje op het gebied van radiosterrenkunde waar jullie in Leiden ook bij betrokken zijn is LOFAR.

 

LOFAR is het geesteskind van George Miley, hoogleraar aan ons instituut. De Low Frequency ARray is, zoals de naam zegt, een netwerk van radioantennes die lage frequenties meten en dus op veel langere golflengtes werken dan schotelradiotelescopen zoals Westerbork en Dwingeloo in Nederland of de Very Large Array in de Verenigde Staten. Die ongeveer 25.000 antennes kunnen gewoon in het veld geplaatst worden en zullen verspreid opgesteld staan over een oppervlak met een diameter van 350 km, waarbij het hele netwerk via glasvezelkabels met een supercomputer verbonden zijn. LOFAR is relatief goedkoop in vergelijking met de bouw van andere types radiotelescopen, en het grote voordeel van die lage frequenties is dat veel hogere roodverschuiving binnen ons bereik vallen en dat we zo kunnen terugkijken tot de beginfasen van het heelal. Over twee jaar zou het project al serieuze resultaten moeten opleveren.

 

De universiteit van Leiden speelt ook een belangrijke rol bij het tot stand komen van het indrukwekkende project ALMA in de Atacamawoestijn in Chili?

 

Ewine van Dishoeck, ook hoogleraar aan ons instituut, is één van de personen die zich heel hard heeft ingezet om dat project te doen slagen. ALMA staat voor Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, waarbij er in het noorden van Chili een radiotelescoop wordt gebouwd die bestaat uit 66 schotelantennes van 7 en 12 meter diameter die als één reusachtig instrument zullen samenwerken. Intussen zijn de eerste schotels geïnstalleerd, maar het zal nog een aantal jaren duren vooraleer ALMA volledig operationeel is.

LOFAR kost in de orde van 100 miljoen euro, dat kan je nog net realiseren op nationaal niveau. Ondertussen zijn er ook internationale partners bijgekomen, wat het financieel en ook wetenschappelijk gezien interessanter maakt. Bij ALMA gaat het over een prijskaartje van een miljard euro, hetgeen uiteraard veel te veel is om als land alleen te dragen, dus moet je wel de internationale toer opgaan. Dat wordt dan meteen een heel complex en politiek dossier waarbij veel diplomatie en lobbywerk komt kijken.

 

Op gebied van sterrenkunde bewijst Nederland dat het een groot land is.

 

Regelmatig worden alle onderzoeksinstituten bezocht door internationale panels die via objectieve criteria een kwaliteitsonderzoek verrichten. Een aantal jaren geleden werd er in Nederland zo’n onderzoek uitgevoerd, en we waren best trots op de conclusie: Nederland behoort misschien niet tot de G-7, maar op sterrenkundevlak wel.

 

Zeer mooi compliment! Voor jonge studenten moet zo’n omgeving toch wel stimulerend werken?  

 

Er is een breed sterrenkundeprogramma dat we niet alleen in Leiden aanbieden, maar ook op vier andere plekken in Nederland. Wat we tijdens die opleiding zeker proberen te doen is de studenten zo snel mogelijk bij het onderzoek te betrekken door hen in contact te brengen met alle faciliteiten die we hebben, bv. via het verrichten van waarnemingen met Westerbork, LOFAR, onze telescopen op La Palma, andere gespecialiseerde waarnemingen of theoretisch onderzoek. Het is geweldig enthousiasmerend voor hen om dat te kunnen doen.

 

Welke rol speelt NOVA, de Nederlandse Onderzoeksschool Voor Astronomie, voor de sterrenkunde in Nederland?

 

NOVA is begonnen omstreeks 1990 als een losse federatie van de verschillende universitaire sterrenkunde-instituten in Nederland waarbij er wel samengewerkt werd, maar zonder financiële aspecten. Dat is veranderd in 1998 toen er vanwege de overheid een competitie werd opgezet om zes toponderzoeksscholen te financieren, en daar heeft NOVA met succes aan meegedaan. Het gaat telkens om een programma voor vijf jaar, dat is intussen al twee keer verlegd, we zijn nu in de derde fase, maar ook al hard aan het werken om vanaf 2013 een vierde verlenging te bekomen. Het gaat om vier à vijf miljoen euro per jaar die naar de universitaire instituten gaat specifiek voor sterrenkundig onderzoek, en dat is toch flink veel geld, zowat een kwart extra vergeleken met wat we zouden hebben als die toelage er niet was. Zeker in tijden zoals nu waar universiteiten proberen zoveel mogelijk kosten te besparen is die subsidie een stabiele basis om toch op langere termijn plannen te kunnen maken en nieuwe mensen aan te trekken.

Met de fondsen van NOVA hebben we twee dingen gedaan. De laatste tijd waren we een beetje geëvolueerd tot afnemers: iemand bouwt een instrument en wij deden er dan wel iets interessants mee, maar we hadden niet echt invloed op welke instrumenten men ging bouwen. Via NOVA kunnen we jonge mensen betrekken bij de technische en instrumentele kant van de sterrenkunde door hen een welbepaald instrument te doen bouwen om hun specifieke wetenschappelijke vraag te beantwoorden. In dat inhaalmanoeuvre zijn we redelijk goed geslaagd in die zin dat we nu bij veel projecten betrokken zijn, ook in een initiatief nemende rol. Het tweede luik is dat we een programma hebben gestart om medewerkers die met pensioen gaan al een jaar of vier, vijf van tevoren te vervangen. Op die manier kunnen de universiteiten niet in de verleiding komen om de functie van iemand die met pensioen gaat een tijd te bevriezen of definitief weg te snijden, want hij of zij is al vervangen door iemand anders.

 

Voor uw onderzoek naar zwaartekrachtslenzen rekent u o.a. op de OmegaCAM die geïnstalleerd wordt bij één van de telescopen op de Paranal ter ondersteuning van de Very Large Telescope.

 

Ja, maar die VST – hetgeen staat voor VLT Survey Telescope – is nog steeds niet klaar. Het is een 2,6 meter telescoop van ESO die naast de VLT komt te staan en eigenlijk al een jaar of vijf in gebruik had moeten zijn. Voor die telescoop hebben wij samen met een aantal andere instituten een grote breedbeeldcamera gebouwd. Het wordt trouwens het enige instrument op die telescoop, maar de OmegaCAM zit helaas al drie jaar in de kelder op Paranal te wachten. Een achttal jaar geleden is de spiegel van de VST tijdens het transport immers gebroken zodat hij op Paranal niet in één maar in wel duizend stukken aankwam. Ondertussen is er een nieuwe spiegel gemaakt die zonder beschadiging boven op de berg is geraakt, maar het is nog altijd wachten tot de telescoop helemaal op punt staat en wij met onze opnames van start kunnen gaan. Ik hoop dat deze herfst alles klaar zal zijn.

We gaan in totaal 400 nachten waarneemtijd gebruiken voor het realiseren van één project: een grote kaart met daarop een kleine 7% van de extragalactische hemel. Onze OmegaCAM moet garant staan voor een heel hoge beeldkwaliteit, als we dat combineren met de uitzonderlijke kwaliteit van de sterrenhemel boven Paranal zou dat moeten leiden tot het meten van gravitatielenswerking op een veel systematischer en nauwkeurig manier dan tot hier toe mogelijk was.

 

De Planetary Nebula Spectrograph op La Palma heeft jullie al wel interessant onderzoeksmateriaal kunnen bezorgen? 

 

Inderdaad. Die PNS staat geïnstalleerd bij de 4,2 meter William Herschel Telescope op La Palma. In dat observatorium werken Nederlandse astronomen samen met Britse en Spaanse collega’s. Onze spectrograaf is een heel specifiek instrument dat maar één ding kan, maar dat kan het wel heel goed, namelijk het ontdekken van planetaire nevels in andere melkwegstelsels en tegelijkertijd het bepalen van hun radiële snelheid.

Met de PNS heb je een groot beeldveld van zo’n tien boogminuten, daar past een heel melkwegstelsel in. Het licht passeert eerst door een smalbandfilter die alleen het licht doorlaat dat rond de zuurstoflijn in de spectra van planetaire nevels zit en het overige achtergrondlicht tegenhoudt. Op die manier zie je alle planetaire nevels zitten als puntjes, en in typische melkwegstelsels die wij bestuderen zijn er zo een paar honderd.

Voor onze spectrograaf er was diende men in verschillende sessies via smalbandfilter opnames te maken om nadien door het vergelijken van de spectra van de planetaire nevels de roodverschuiving van al die lijnen te bepalen en zo de snelheid van die objecten te berekenen. Met de PNS doen wij dat alles in één keer, waarbij de spectrograaf de helft van het licht naar de ene kant verstrooit en de andere helft van het licht naar de andere kant. Afhankelijk van de radiële snelheid van de lichtdeeltjes kan de spectrograaf dankzij die twee armen een verschil in richting detecteren. Als we de beide resultaten vergelijken en dus kijken hoever die twee puntjes uit mekaar gaan, hebben we meteen ook een bepaling van de golflengte.

Door dit soort waarnemingen kunnen we afleiden hoeveel massa en hoeveel donkere massa er om die melkwegstelsels heen zit. Hoe meer massa immers, hoe sterker de zwaartekracht en hoe sneller de objecten bewegen. Dus door te kijken hoe snel die planetaire nevels in verhouding met hun afstand  om een bepaald melkwegstelsel heen bewegen kunnen we achterhalen of alle massa in het midden geconcentreerd zit of dat er ook een donkere halo om het stelsel heen zit.

 

Kan deze techniek ook gebruikt worden om heel ver verwijderde melkwegstelsels te bestuderen?

 

Dit werkt prima voor stelsels op afstanden tot zowat 20 megaparsec, ruwweg zo’n 50 à 60 miljoen lichtjaar. Het gaat veelal om stelsels in de Virgo-cluster of dichterbij. Met een grotere telescoop zou je ook aan verder verwijderde melkwegstelsels kunnen denken, maar dan krijg je het probleem dat de planetaire nevels wel heel zwakke puntjes worden die zo extreem dicht op mekaar komen te zitten dat je het beeld haast niet meer ruimtelijk kan oplossen.

 

En heeft u reeds een bepaalde systematiek kunnen ontdekken in de bewegingen van planetaire nevels bij verschillende sterrenstelsels?

 

De eerste waarnemingen gaven een heel onverwacht resultaat, namelijk dat op grote straal de snelheden heel snel afnamen. De buitenste planetaire nevels leken langzaam om het stelsel heen te bewegen, hetgeen zou betekenen dat het grootste deel van de massa in het midden geconcentreerd zit. Dus helemaal niet het verhaal van donkere halo’s rond melkwegstelsels, maar wel een massaverdeling die vrij goed de lichtverdeling volgt en met niet eens een heel hoge opschalingsfactor tussen de massa aan sterren en de totale massa van zo’n stelsel. Nu zouden we deze bevindingen kunnen verklaren door te stellen dat er misschien geen donkere halo’s rond die melkwegstelsels zitten, maar die bewering past natuurlijk niet in onze theorieën over de vorming van melkwegstelsels. Een andere verklaring is dat we in het geval van die eerste stelsels die we waargenomen hebben te maken hebben met banen die niet ongeveer cirkelvormig, maar wel heel erg radieel zijn, en dus dwars door het galactisch centrum bewegen, dan krijg je een effect waardoor je onze waarnemingen ook zou kunnen verklaren.

Intussen hebben we ongeveer een dozijn stelsels bestudeerd, en het beeld is nu toch wat genuanceerder: in sommige stelsels blijven de snelheden over grote afstanden hoog, in andere niet. Waarschijnlijk is in dit verband de ontstaansgeschiedenis van die stelsels ook een belangrijke factor. Het gaat hier voornamelijk om elliptische stelsels die zijn samengesmolten uit kleinere stelsels, en of zo’n samensmelting frontaal gebeurt of langs opzij zorgt voor heel andere draaiingspatronen  en baansnelheden.

 

Wat zijn i.v.m. het ontstaan en de evolutie van melkwegstelsels de grote vragen die momenteel aan de orde zijn?

 

Je kan in dat verband spreken over twee verschillende benaderingswijzen, met een heel interessante wisselwerking tussen beide: je kan aan archeologie doen en je kan ter plekke gaan kijken. De archeologische benadering is dat je naar nabije stelsels kijkt en probeert heel gedetailleerd te zien waaruit ze bestaan, hoe oud de sterren zijn die erin zitten, of er een systematiek is tussen het soort banen waarop sterren zitten en de leeftijd die ze hebben, of ze een hoger metaalgehalte hebben of niet, enzovoort. Zo verkrijg je informatie over wanneer die sterren gevormd zijn die uiteindelijk nu terecht gekomen zijn waar we ze zien. Bij de andere benadering probeer je met heel krachtige telescopen zo diep mogelijk in het heelal te turen om terug te kijken naar een periode van twee, drie miljard jaar na de oerknal en te zien hoe melkwegstelsels er toen uitzagen. En we zijn er nog niet helemaal in geslaagd om die twee verschillende gezichtspunten met mekaar te verenigen. Het is knap lastig om op heel grote afstand veel detail te zien in die stelsels, maar dankzij nieuwe supertelescopen maken we toch aanzienlijke vooruitgang.

Het beeld dat we nu hebben is dat melkwegstelsels vroeger een stuk kleiner waren dan nu, en bijgevolg is samensmelting van kleinere stelsels en groei een belangrijk aspect bij het bestuderen ervan. Maar als we heel ver in de tijd terugkijken zien we ook dat er in het jonge heelal toch een aantal zware compleet gevormde sterrenstelsels bestaan waar geen gas meer in zit, die al hun sterren al hebben gemaakt, en dat is veel sneller dan volgens de gangbare theorieën mogelijk is. Over het ontstaan en de evolutie van melkwegstelsels hebben we dus wel een soort theoretisch raamwerk waarmee we veel kunnen verklaren van hetgeen we al weten en ontdekken, maar er moeten zeker nog aanpassingen aan de modellen gebeuren en er zijn nog veel details uit te zoeken. Zo weten we bv. nog niet wanneer melkwegstelsels beginnen met het vormen van sterren, en of dat in één uitbarsting gebeurt dan wel geleidelijk aan. Ook iets wat allicht zeer belangrijk is maar waar we momenteel nog niet voldoende zicht op hebben is het effect van de centrale zwarte gaten in melkwegstelsels. Er is een duidelijk verband tussen de massa van melkwegstelsels en de massa van de zwarte gaten in het centrum ervan, en dat suggereert dat ze op een of andere manier samen ontstaan zijn of samen groeien.

Ik ben zelf zo’n 25 jaar bezig met het bestuderen van de dynamica van melkwegstelsels. Tijdens mijn proefschrift hebben wij van 400 sterren de snelheid gemeten, en dat was voorwaar een hele klus. In die periode had men net voor het eerst spectrografen ontworpen waarmee het mogelijk was om in één enkel beeldveld het spectrum te bekomen van meerdere objecten tegelijkertijd. Nu zijn we enkele decennia verder en hebben we projecten zoals de Sloan Digital Sky Survey waarbij het niet meer gaat om tientallen of honderden metingen, maar om miljoenen metingen. Ook op het gebied van rekenkracht bieden de moderne computers bijna oneindig veel mogelijkheden. Je kan tegenwoordig heel complexe en gedetailleerde modellen maken met melkwegstelsels van wel honderd miljoen sterren die onder mekaars invloed bewegen. Wat ons eigen melkwegstelsel betreft zitten we qua grootteorde met zo’n honderd miljard sterren. Het zal niet zo lang meer duren vooraleer via de computer een model met een dergelijk aantal sterren kan gemaakt worden.

 

Is het makkelijk om de satellietstelsels die in onze Melkweg verweven zijn terug te vinden?

 

Eenvoudig is het zeker niet, daarom was het pas in 1994 dat het eerste dergelijke stelsel werd ontdekt, de zogenaamde Sagittarius Dwerg, en er worden er nog voortdurend nieuwe ontdekt. Op de heel nauwkeurige kaarten die van de Melkweg gemaakt worden zijn zwakke vlekjes te zien waar een klein beetje meer sterren van een bepaald type voorkomen dan gemiddeld genomen. Met de Europese satelliet Gaia, die eind 2011 gelanceerd wordt om uiterst nauwkeurig en driedimensionaal de bewegingen en afstanden te meten van niet minder dan een miljard sterren, zullen we van de waargenomen sterren niet alleen de positie aan de hemel zien, maar zullen we er ook de snelheidsdimensie bij kunnen betrekken. In gebieden in de Melkweg waar hogere concentraties sterren staan kunnen we dan kijken of het gaat om sterren die allemaal in dezelfde richting bewegen en of het een homogene stroom sterren is die op hetzelfde moment zijn gevormd of dat de sterren gevormd zijn terwijl dat satellietstelsel uit mekaar werd getrokken.

 

Staan er ons volgens u de komende decennia binnen het sterrenkundig onderzoek grote verrassingen te wachten of ziet u een aantal fundamentele doorbraken gebeuren?

 

Je bent als wetenschapper uiteraard altijd bezig met bepaalde vragen, dat gaat veelal over details van een theorie en je probeert op de belangrijke details in te zoomen. Maar de ervaring leert dat er zich om de tien à vijftien jaar een grote verrassing voordoet. Donkere materie was zo’n verrassing, het bestaan van heel veel stoffige stelsels op hoge roodverschuiving, gammaflitsen, donkere energie: telkens weer stond de sterrenkundewereld op zijn kop. En dat is ook het mooie van ons onderzoeksdomein: dankzij die ontdekkingen hebben wij telkens opnieuw de mogelijkheid om op een totaal nieuwe manier naar de sterrenhemel te kijken. Nieuwe satellieten zoals Herschel en Planck openen nieuwe vensters op het heelal. En daarom moet je in de sterrenkunde ook steeds voorbereid zijn op het onverwachte. Het is misschien wat arrogant om te zeggen maar bij sommige andere wetenschappen heb je het gevoel dat de krenten toch al uit de pap gehaald zijn, terwijl dat in de sterrenkunde zeker niet het geval is. Het zou natuurlijk leuk zijn als we nu eindelijk eens donkere materie deeltjes echt zouden ontdekken. We denken dat die wel degelijk bestaan, overal in het heelal stoten we op aanwijzingen dat er donkere materie aanwezig is. Waarschijnlijk gaat het om een elementair deeltje, en het zou handig zijn om te weten dat het er ook effectief is en welke eigenschappen het heeft. We kunnen natuurlijk ook zonder de precieze aard van donkere materie te kennen er heel wat mee aanvangen, omdat het hoe dan ook gaat om deeltjes die voornamelijk gravitationeel van belang zijn en mee op grote schaal structuren vormen in het heelal en die verder heel weinig interactie hebben met andere materie.

 

Maar hoe zeker is op de schaal van melkwegstelsels de werking van de zwaartekracht volgens het klassiek model? Volgens de MOND-theorie moeten er aan de theorie van Newton een aantal wijzigingen aangebracht worden, en dan kan de dynamica van melkwegstelsels begrepen worden zonder dat daarvoor donkere materie nodig is.

 

Er bestaat inderdaad een alternatieve beschrijving waarin je de zwaartekracht verandert in het regime waarin melkwegstelsels zitten. Het is een context die heel anders is dan op Aarde: aangezien we op galactische schaal zitten met afstanden die zo gigantisch groot zijn, hebben we daar te maken met krachten die veel zwakker zijn. Die omstandigheden kan je op Aarde natuurlijk niet testen, dus in die zin heb je wel de theoretische vrijheid om een alternatieve zwaartekracht te bedenken.

Maar een eerste bedenking is dat het helemaal geen aantrekkelijke theorie is, ze is wiskundig niet elegant en breekt veel af van wat nu net zo mooi is aan de relativiteitstheorie. En tot nog toe hebben we toch een beetje het beeld dat fysische theorieën ook een zekere interne wiskundige elegantie moeten hebben. Misschien is MOND een juiste theorie, maar dat ontberen van schoonheid maakt ze niet aantrekkelijk. Als je geen observationele motivatie had, zou je er nooit aan denken om deze theorie voor te stellen.

Vervolgens is het een hele opgave om een alternatief idee over de zwaartekracht uit te werken dat in één coherente theorie de hele systematiek op het gebied van zonnestelselmechanica, melkwegstelsels in al hun verschillende vormen, groottes en massa’s, clusters van melkwegstelsels en kosmologie kan verklaren. Wat de voorstanders van MOND naar voren brengen is een theorie die specifiek bedacht is om de dynamica van melkwegstelsels te verklaren zonder beroep te doen op donkere materie. Als zij MOND op een andere schaal hanteren, begint de theorie op bepaalde punten te wringen en is het nodig om te sleutelen en aanpassingen aan te brengen, en dat maakt de theorie er natuurlijk niet mooier op.

Toegegeven, ook in het scenario van de ‘normale’ zwaartekracht volgens Newton en Einstein waarbij we wel uitgaan van het bestaan van donkere materie worden er aan de theorie wijzigingen aangebracht om bv. te kunnen verklaren hoe in het vroege heelal reeds zo’n massieve melkwegstelsels konden bestaan of waarom die halo’s met planetaire nevels bewegen zoals ze doen.

In feite heeft geen enkele theorie genoeg voorspellende waarde om een heel clean experiment te kunnen doen waarbij we kunnen zeggen: hier is een nieuwe voorspelling en dat gaan we meten. Als we waarde A vinden is deze theorie juist, vinden we waarde B, dan is de andere theorie de juiste. Van dat ideaalbeeld zijn we helaas ver verwijderd.

 

Ondanks de bedenkingen die u net formuleert zijn een aantal wetenschappers ervan overtuigd dat de MOND-theorie wel degelijk een alternatief  te bieden heeft.

 

Zeker, en het is ook intellectueel een waardevolle theorie die zich niet dogmatisch opstelt en openstaat voor kritiek. Maar wereldwijd gaat het hoe dan ook om een beperkt aantal voorstanders van deze aangepaste zwaartekrachtstheorie, de meeste sterrenkundigen blijven uitgaan van donkere materie als een onmisbaar element bij de vorming van grote structuren in het heelal. Als je bv. de waarnemingen van WMAP bekijkt, de satelliet die NASA in 2001 lanceerde om de kosmische achtergrondstraling te bestuderen, dan zijn de resultaten daarvan volledig in overeenstemming met wat je mag verwachten in een heelal waarin donkere materie een vooraanstaande rol speelt. Als je het bestaan van donkere materie ontkent, moet je wel in staat zijn om de resultaten van WMAP op een andere manier te verklaren.

 

Volgens WMAP bestaat het heelal voor 4% uit normale materie, voor 22% uit donkere materie en voor 74% uit donkere energie.

 

Van die 4% normale materie is trouwens maar 1% gedetecteerd. Als je kijkt naar het jonge heelal dat geleidelijk uitdijt, aanvankelijk is het er superheet en gaan via kernfusie nieuwe elementen aangemaakt worden, maar op een bepaald moment stopt dat proces van kernfusie omdat het heelal afkoelt en het bijgevolg niet heet genoeg meer is om nog over een reactiedrempel heen te kunnen. En zo kunnen we uitrekenen hoeveel materie er in het heelal zou moeten zijn, dat blijkt zowat 4% te zijn, hetgeen overeenkomt met de metingen van WMAP. Het betreft sterren en gas in melkwegstelsels en ook het ijle gas tussen melkwegstelsels. Als we dan nagaan wat we van dat alles ook effectief kunnen waarnemen, blijkt drie vierde te ontbreken. Dat is trouwens geen probleem, heel waarschijnlijk is er in het heelal nog ijler gas van een temperatuur die heel moeilijk waar te nemen is en daarom geen straling geeft die we momenteel kunnen detecteren. Eigenlijk hebben we maar zicht op amper 1% van al wat er in het heelal zit.

Donkere energie is nog een volledig mysterie. Men probeert min of meer in het wilde weg een aantal experimenten te bedenken om toch enige metingen te kunnen doen en ergens iets van informatie te bekomen. Maar of donkere energie nu echt helemaal consistent is met een kosmologische constante of dat je er toch ergens een of andere fysische dynamiek in kunt waarnemen, dat is heel moeilijk te testen. Onderzoekers hebben geen idee hoe nauwkeurig je een experiment moet doen vooraleer je een nuttig resultaat bekomt. Als je ervan uitgaat dat donkere energie inderdaad staat voor die fameuze kosmologische constante van Einstein die fungeert als een soort negatieve zwaartekracht, moet je dan om zeker te zijn meten tot op één procent, tien procent of een tiende procent nauwkeurigheid? Men heeft geen idee.

Theoretisch kan je een mooi kader verzinnen waarin donkere energie een cruciale rol speelt in de werking van het heelal, maar als aan die theorie geen duidelijk waarneembare consequenties verbonden zijn om te verifiëren of hetgeen beweerd wordt al dan niet waar is, ga je de filosofische of metafysische toer op, hetgeen vanuit ons wetenschappelijk standpunt niet meer relevant is.

 

Lopen wij, kleine mensen, niet een beetje verloren in dat ongemeen grote heelal?

Vijfhonderd jaar geleden stond de mens in het centrum van het heelal, en sindsdien lijken wij steeds onbeduidender te worden.

 

Zo kan je het bekijken. Anderzijds is er ook een visie mogelijk die stelt dat er een verband moet zijn tussen het heelal zoals het is en het feit dat er mensen zijn in het heelal. Dit is het zogenaamde antropisch principe. Er zijn best wel een heleboel varianten van het heelal mogelijk met andere natuurwetten en andere ingrediënten, we spreken dan over het multiversum, maar enkel in ons heelal kan ons soort leven bestaan. Er zijn een aantal gerenommeerde wetenschappers die dit antropisch principe ernstig nemen, ook al staat de meerderheid er erg sceptisch of zelfs afwijzend tegenover. Ik vind het zelf ook gevaarlijk om daar erg ver in te gaan, maar misschien zitten er wel een aantal bruikbare elementen in om te komen tot een kosmologie waarin donkere energie een betekenisvolle rol speelt in een heelal zoals het onze. Die donkere energie fungeert dan als een stuwende kracht en geeft het heelal zo voldoende tijd om intelligent leven zoals het onze mogelijk te maken. Wie zal zeggen of dit een juiste visie is? Voorlopig kunnen we over dit soort zaken enkel speculeren.

Maar het blijft hoe dan ook een boeiende bezigheid dat wij mensen ons verwonderd kunnen afvragen hoe de wereld uiteindelijk in mekaar zit. Ik voel me geprivilegieerd dat ik via mijn onderzoek daaraan kan bijdragen. ’s Morgens als ik opsta heb ik vaak het gevoel: ongelooflijk dat mensen mij betalen om dit te mogen doen! Ik ben dan ook altijd blij om sterrenkunde naar het grote publiek te kunnen uitdragen, want uiteindelijk zijn zij het die mijn boterham betalen.  

 

Hartelijke dank voor dit interessante gesprek, professor Kuijken, en veel succes met uw verdere onderzoek.