2019-01 MIRA Ceti sprak met... Arjen van der Wel


Vanaf de Aarde gezien lijken sterrenstelsels misschien objecten die niet direct met ons te maken hebben, toch zijn ze van groot belang als we willen begrijpen hoe het heelal in mekaar zit. En mocht ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, niet bestaan, zou er ook van de Aarde geen sprake zijn. Over het ontstaan, de evolutie en het belang van het onderzoek naar sterrenstelsels hadden we een gesprek met professor Arjen van der Wel (°1978) van de Universiteit Gent, hoofdonderzoeker van LEGA-C, een groot waarnemingsprogramma van sterrenstelsels met de VLT in Chili.

 

Was u als kleine jongen al voorbestemd om sterrenkundige te worden, professor van der Wel?

Voorbestemd is misschien niet het juiste woord, maar het is zeker zo dat ik van jongs af gefascineerd was door getallen, hoe groter hoe beter. Mijn klasgenoten schreven getallen op het bord van vijftien of meer cijfers en ik moest dan zeggen welk getal het was. Dat vond ik fijn. Ik hield ook van dingen meten, en als het gaat over grote dingen meten kom je al gauw in het heelal terecht. Ik vroeg aan mijn vader: hoe groot is de wereld? Dan sprak hij over de Aarde en zei erbij dat de Maan nog veel verder weg stond. Ik zocht dergelijke dingen ook op in een encyclopedie  en zo kwam ik te weten dat sterren heel groot zijn en nog veel verder van onze planeet verwijderd zijn dan de Zon, de Maan en de andere planeten. Ik vroeg aan de meester op de basisschool hoe ver de verste ster staat, en die zei: op honderd lichtjaar. Waarop ik antwoordde: dat klopt niet, meneer, want ik weet zeker dat er sterren op meer dan tweehonderd lichtjaar van ons staan. Dit maar op te zeggen dat ik inderdaad al vroeg met sterrenkunde bezig was.

Aan het eind van mijn middelbare school dacht ik er nog even aan fysica of chemie te gaan studeren, maar omdat sterrenkunde aan de universiteit in Leiden ook op het programma stond  heb ik daar toch maar voor gekozen. Daar merkte ik al snel dat het niet zozeer de puur theoretische kant van de fysica of de wiskunde was die me het meest boeide, maar wel het echte sterrenkundig onderzoek, dat lag mij duidelijk het best.

Ik heb in Leiden mijn doctoraat behaald en ben voor mijn postdoc drie jaar verbonden geweest aan de Johns Hopkins University in Baltimore in de Verenigde Staten. Vervolgens ben ik maar liefst tien jaar stafmedewerker geweest aan het Max Planck Institute for Astronomy in het Duitse Heidelberg. In die tijd heb ik er een onderzoeksgroep kunnen uitbouwen, gespecialiseerd in de evolutie en structuren van sterrenstelsels. En in 2018 ben ik beginnen werken op het departement fysica en sterrenkunde van de Gentse universiteit, waar ik nu professor ben.

Ik ben hier erg tevreden want het is een mooi instituut met prima mogelijkheden om mensen en fondsen aan te werven. Ook onze ligging is wat mij betreft ideaal, want onze collega’s uit Leiden of Heidelberg waar wij nauw mee samenwerken bevinden zich op slechts enkele uren reizen, en ook voor verder weg gelegen collega’s is Gent makkelijk te bereiken. En Gent zelf is trouwens een prachtige stad.

 

De universiteit van Leiden heeft altijd mee de grote lijnen van het sterrenkundig onderzoek uitgezet, en daar zijn grote namen als Jan Hendrik Oort, Hendrik van de Hulst en recentelijk Ewine van Dishoeck natuurlijk niet vreemd aan?

Dat klopt. Oort en van de Hulst zijn pioniers op het vlak van radiosterrenkunde en het onderzoek naar de structuur van onze Melkweg. Ewine van Dishoeck is een wereldautoriteit op het vlak van de chemische processen die zich afspelen in de ruimte tussen de sterren en ook in de schijven rond sterren. Dat onderzoeksdomein van de astrochemie heeft zij als het ware eigenhandig op de kaart gezet in Leiden.

 

En omdat dit onderzoek is met veel potentieel heeft de ESO in Chili het ALMA-telescopencomplex gebouwd?

ALMA is inderdaad een schitterend project. Dankzij een netwerk van tientallen schotelantennes wordt het mogelijk om te observeren wat er aan het gebeuren is rond jonge sterren. We zien schijven met stof en gas waarin zones zijn met concentraties van materie en legere gebieden, dat kan wijzen op de aanwezigheid van planeten. We zien ook zoals bij sterrenstelsels dat er daar spiraalstructuren te vinden zijn. Het is niet mijn vakgebied, maar ik vind het wel knap dat in dat onderzoeksdomein zoveel vooruitgang gemaakt is. Goed twintig jaar geleden wisten we nog niet met zekerheid dat er bij  andere sterren ook planeten te vinden waren, en nu zijn er al duizenden exoplaneten ontdekt. We mogen intussen toch wel concluderen dat vrijwel elke ster planeten heeft.

 

Bij de media en het grote publiek is er begrijpelijkerwijze veel belangstelling voor dit soort ontdekkingen, want we zijn toch allemaal geïnteresseerd in het bestaan van een planeet die is als de Aarde en dus mogelijk ook intelligent buitenaars leven zou kunnen herbergen. In die optiek lijkt het bestuderen van structuren van sterrenstelsels op het eerste zicht minder aantrekkelijk?

Dat lijkt misschien zo, maar ik kan je verzekeren dat wat wij onderzoeken ook tot de verbeelding van het grote publiek spreekt, hoor. In ons onderzoek gaat het namelijk over de vraag hoe je op pakweg tien miljard jaar evolueert van een universum zonder structuur en met enkel maar kwantumfluctuaties en waar dus niets te bleven valt naar een omgeving met vele miljarden sterren. Een van die sterren kennen we goed, want het is onze Zon, en daarrond draait een planeet die wij goed kennen want wij leven er op. De schakel tussen de oorsprong van het universum en het ontstaan van de latere structuren is een heel fundamentele vraag die mensen nieuwsgierig maakt.

Fascinerend is zeker ook het idee dat we door verder weg te kijken ook steeds verder terug in de tijd kijken. Zo komen we uit bij de rand van het waarneembare universum en kijken we terug tot vlak na de oerknal. Dat is voor vele mensen superboeiend om over na te denken. En via ons onderzoek krijgen we ook zicht op hoeveel sterren er in het heelal zijn. Zijn het er effectief zoveel als zandkorrels op Aarde? Ik ben niet de enige die houdt van grote getallen…

Natuurlijk zal niet iedereen behoefte hebben aan kennis over dit soort zaken, maar sommige geïnteresseerden wel en zij vragen zich misschien ook af hoe we dat allemaal kunnen weten. Ons vakgebied is wat dat betreft gecompliceerd, we moeten uiterst zorgzaam zijn dat we bij onze metingen ons niet bezondigen aan slechte aannames, foute denkwijzen en verkeerde interpretaties.

 

Jullie gaan uit van het oerknalmodel en maken gebruik van donkere materie om de werking van sterrenstelsels te kunnen verklaren. Maar tot op heden weet men nog niet wat donkere materie precies is en of ze überhaupt wel bestaat. Is het niet vervelend dat jullie uitgangspunt in vraag wordt gesteld? Misschien gaat de hele theorie wel onderuit als iemand als Erik Verlinde gelijk blijkt te hebben?

Klopt, donkere materie is een moeilijk verhaal, de deeltjesdetectoren zoals die van het CERN zijn toch wel zo krachtig tegenwoordig dat ze wat mij betreft best al iets hadden mogen waarnemen in dit verband. Maar mijn antwoord op die kwestie is heel pragmatisch.

Voor mijn vakgebied is de fundamentele interpretatie van het heelal niet van belang in die zin dat de topologische vorm ervan, de mogelijke samenhang met een multiversum en het al dan niet bestaan van een kosmologische constante of donkere materie in ons universum niet ter zake doet. Wat wel ter zake doet is dat de structuur die we zien in de achtergrondstraling, dus het bewijs voor een hete oerknal, mathematisch dezelfde structuur is die we zien in de verdeling van de sterrenstelsels in ons huidige heelal. Ook al kom je met nieuwe theorieën over waar het allemaal vandaan komt en wat de interpretatie is van de waarnemingen die nu worden geïnterpreteerd door donkere materie en de kosmologische constante, dat maakt niet uit. De connectie tussen de kleine structuren die er waren in het vroegste heelal en de structuren die we nu zien is mathematisch zo sterk dat we daarmee verder kunnen. In die zin kunnen we heel goed zeggen dat donkere materie in de pragmatische zin bestaat. Als het uiteindelijk iets anders zal blijken te zijn gaat dat binnen ons vakgebied voor de theorie over de vorming van sterrenstelsels geen grote implicaties hebben.

Ik zeg nu wel theorie voor de vorming van sterrenstelsels, maar in feite is het een grote computersimulatie. Het is geen theorie in de fundamentele zin dat je we op basis van een aantal eenvoudige elementen ons aan het werk zetten en zo kunnen uitrekenen en voorspellen hoe sterrenstelsels zich vormen. Op de donkere materieverdeling hebben we vrij goed zicht, maar wat individuele protonen en elektronen doen in het hele verhaal is zo gecompliceerd dat we er geen ab initio theorie voor hebben. Wat we doen is een computersimulatie laten lopen en die vergelijken met onze waarnemingen en dan kijken of het min of meer klopt.

 

Het was pas in 1922-1923, minder dan honderd jaar geleden, dat Edwin Hubble kon aantonen dat er buiten onze Melkweg andere sterrenstelsels zijn.

Inderdaad, Hubble heeft met de grootste telescoop die er toen bestond, de 2,5 m Hooker Telescope op Mount Wilson, individuele sterren in andere sterrenstelsels kunnen waarnemen. Door daarvan de afstanden te bepalen bleek het inderdaad te gaan om extragalactische sterrenstelsels. Die ontdekking was een eerste belangrijke stap.

Op zich is het een zich langzaam ontwikkelend onderzoeksdomein, maar Hubble zorgde toch ook al voor een indeling en classificatie van verschillende types sterrenstelsels. Men maakte toen ook al de eerste opnames van spectra van sterrenstelsels en op basis daarvan kon men de zogenaamde snelheidsdispersie meten, d.w.z. hoe hard de sterren binnen de sterrenstelsels bewegen. Zo kon men ook een eerste meting doen van de daadwerkelijke massa van die stelsels, omdat dat correleert met de lichtkracht ervan. En zo kwam men tot de ontdekking dat er een grote regelmaat zit in de eigenschappen van sterrenstelsels. Die regelmaat vormt het fundament van het hele onderzoeksveld en betekent tevens dat we in principe ook een theorie moeten kunnen opstellen die dat alles kan reproduceren. Er zijn nog steeds collega’s die de vorming van sterrenstelsels vergelijken met het weer: chaotisch, niet te voorspellen. Daar ben ik het fundamenteel niet mee eens vanwege die regelmaat die we zien. Welke eigenschap van een sterrenstelsel je ook beschouwt, ze correleert met alle andere eigenschappen. Dat is een belangrijk gegeven, en het betekent dat het mogelijk is te begrijpen hoe die objecten functioneren.

In de jaren 1970-1980 begon het idee van donkere materie veld te winnen in de sterrenkunde, en dat opende perspectieven voor het onderzoek naar sterrenstelsels. Op dat moment stonden theorie en waarnemingen heel ver van elkaar af want er waren nauwelijks data beschikbaar om de bestaande theorieën met allerlei vaak ongefundeerde voorspellingen te testen. Maar uitgaande van een halo van donkere materie rond sterrenstelsels kon men het gedrag van protonen en elektronen in die context beginnen voorspellen. En zo kon men in de jaren 1980 een theorie opstellen over hoe sterrenstelsels zich ontwikkelen en een schijf vormen die in massa blijft toenemen.

Met behulp van steeds betere telescopen, ook vanuit de ruimte, konden steeds meer sterrenstelsels waargenomen worden. Als men de verdeling daarvan in het heelal in kaart begon te brengen viel op dat die verdeling precies dezelfde is als de verdeling van de temperatuurfluctuaties in de kosmische achtergrondstraling, het restant van de straling die kort na de oerknal is uitgezonden. En dat was een fundamenteel nieuw inzicht voor de theorie over de vorming van sterrenstelsels en grote structuren in het heelal.

De afgelopen vijftien à twintig jaar is ons onderzoeksdomein dus spectaculair veranderd. Voordien hadden we geen benul hoeveel sterren er waren in sterrenstelsels op hogere roodverschuivingen, of het ging om spiraalstelsels of elliptische stelsels, wat hun massa’s waren, enzovoort. Sinds de jaren 1990 is het mogelijk om sterrenstelsels te detecteren en te identificeren die op roodverschuiving 2 staan, toen had het heelal slechts een kwart van zijn huidige leeftijd. Dat is natuurlijk superinteressant om daar van alles over aan de weet te komen, want dat is een compleet ander tijdperk in het heelal. Geen enkele ster met een massa zoals die van de Zon was op roodverschuiving 2 al aan het einde van zijn leven. Het waren toen immers allemaal sterren van de eerste generatie.

Maar ook al hebben we de laatste decennia enorm veel vooruitgang geboekt in ons onderzoek, toch zijn onze modellen ver van perfect. Nieuwe waarnemingen kloppen bijna nooit met de voorspelling op basis van onze modellen omdat er nog te veel onbekende parameters inzitten en we nog veel te weinig data ter beschikking hebben. Weten hoeveel sterren er in een sterrenstelsel zitten betekent niet dat we weten wanneer en hoe die gevormd zijn en wat hun chemische eigenschappen zijn.

 

Via welke projecten komen jullie aan jullie waarnemingen?

Zelf ben ik de PI, de principal investigator, van het project LEGA-C op de Very Large Telescope in Chili. Het is een heel groot waarneemprogramma waarbij we kunnen beschikken over in totaal honderddertig waarneemnachten verspreid over een periode van meer dan tweehonderd nachten. En zo heb ik het voorrecht om al behoorlijk veel tijd doorgebracht te hebben samen met studenten, postdocs en andere collega’s op de Paranal, de berg in het Andesgebergte waar de VLT staat.

We kunnen via dit project twintig uur lang met een acht meter telescoop grote groepen sterrenstelsels observeren. We krijgen daarbij het spectrum te zien dat door al dat verzamelde sterlicht geproduceerd wordt. En zo bekomen we informatie over de chemische samenstelling, over de leeftijd en over de interne bewegingen van die sterrenstelsels. Dat zijn dingen die we tot voordien alleen maar wisten voor objecten van het lokale heelal, onze buurt dus, terwijl we dat nu dus ook kunnen weten voor objecten, in casu sterrenstelsels op roodverschuiving 1 toen het heelal de helft van de huidige leeftijd had.

Het is allemaal erg technisch en het kost heel veel moeite, maar het is de moeite waard, omdat het compleet nieuwe informatie is. We zetten dus een grote stap  voorwaarts in het onderzoek van sterrenstelsels. We achterhalen niet alleen uit hoeveel sterren die sterrenstelsels bestaan, maar ook hoe oud ze zijn, of ze schijfvormig of elliptisch van vorm zijn, dat kunnen we allemaal meten.

 

Met welke instituten werken jullie samen aan LEGA-C?

Wij in Gent zijn het hoofdinstituut, daarnaast zijn er onderzoekers van Leiden, Heidelberg, York, Lancaster, Kopenhagen, Pittsburgh, Yale en nog wat andere instituten bij betrokken.

De data zijn intussen allemaal verzameld, ik ben momenteel bezig om ze gebruiksklaar te maken zodat we aan de wetenschappelijke analyse ervan kunnen beginnen. Met het oog daarop organiseren we in mei 2019 aan ons instituut een meeting voor alle betrokken wetenschappers om een stand van zaken op te maken en te brainstormen om te zien wat de volgende stappen kunnen zijn voor ons onderzoek.

 

Wat brengt de toekomst in dat verband?

Een belangrijke volgende stap is de lancering en ingebruikname van de James Webb Space Telescope. Dat project heeft al enkele keren vertraging opgelopen, maar hoe dan ook zal deze opvolger voor de Hubble gelanceerd worden. Als alles goed gaat zou de JWST op 30 maart 2021 gelanceerd worden. Duimen dus maar dat dit ook effectief zal lukken…

Zelf ben ik betrokken bij een Europees consortium dat het instrument NIRSpec gebouwd heeft. Deze nabij-infrarood spectrograaf kan honderd objecten simultaan waarnemen en is één van de vier wetenschappelijke instrumenten op de James Webb. Omdat de Europeanen dat instrument hebben aangeleverd krijgt ons consortium in ruil waarneemtijd.

De afgelopen jaren werd besproken hoe we die waarneemtijd optimaal zouden kunnen gebruiken, en globaal ligt het redelijk vast wat we met de nieuwe ruimtetelescoop willen doen. Maar wat betreft het ontwerp van de concrete waarneemprogramma’s en de precieze vragen die daaraan beantwoorden ligt het nog redelijk open.

En bij die kwesties ben ik nauw betrokken, wat ook wel logisch is. Want het project dat wij nu gedaan hebben met de VLT, het verzamelen van die data van ver verwijderde sterrenstelsels, is in feite iets waarvan men dacht dat we ze alleen met de James Web-ruimtetelescoop of met de toekomstige Europese reuzentelescoop van bijna veertig meter zouden kunnen doen. Dat zal allemaal veel makkelijker worden met de James Webb, maar wij hebben intussen toch al resultaten geboekt met LEGA-C. Wat dat betreft loopt ons project dus voor op zijn tijd. Het is alleszins fantastisch dat wij zo een grote blok waarneemtijd hebben gekregen om onze waarnemingen van ver verwijderde sterrenstelsels te kunnen doen. Als Amerikaans astronoom moet je er niet aan denken om een dergelijk project te kunnen realiseren, zelfs niet als je op een topinstituut als Caltech zit.

 

Heeft het feit dat jullie toch meer dan honderd waarneemnachten aan één waarneemprogramma konden spenderen te maken met de manier waarop ESO opereert?  

Inderdaad, ESO kiest ervoor een heleboel kleinere waarneemprogramma’s mogelijk te maken, en daardoor komen er ook grote blokken tijd vrij om grotere programma’s te realiseren. Er kan over gediscussieerd worden of dat een goede en efficiënte politiek is. Het aantal wetenschappelijke artikelen per waarneem-uur is lager voor de grote projecten, maar de impact van wat het oplevert kan wel veel groter zijn.

 

Om waarneemtijd te krijgen is het wellicht niet onbelangrijk om de juiste connecties te hebben?

Er is een commissie die beslist welke projecten waarneemtijd krijgen, daar zitten wetenschappers in van allerlei landen, de voorstellen worden ook naar externe personen verstuurd buiten de Europese onderzoeksgroepen opdat het echt wel de meest relevante projecten zouden zijn waar waarneemtijd voor uitgetrokken wordt. Het is natuurlijk wel zo dat je bij het indienen van een project het spel een beetje strategisch moet spelen en in de mate van het mogelijke best rekening houdt met dingen die de commissie mogelijk als belangrijke criteria beschouwt bij het goedkeuren van een bepaald voorstel. Vanuit die optiek speelt ervaring zeker wel een rol.

 

Eens de Europese ELT, de Extremely Large Telescope, operationeel is gaan er waarnemingen mogelijk zijn van nog veel zwakkere objecten in het vroege heelal. Iets waar u ongetwijfeld ook naar uitkijkt?

Dat zal revolutionair zijn, absoluut. Maar we zullen toch nog enkele jaartjes moeten wachten vooraleer alles klaar is voor gebruik op de Cerro Armazones, net zoals de Paranal in het Chileense deel van de Andes. Volgens de planning van de ESO zou er in 2024 met de ELT kunnen waargenomen worden.

De ELT gaat wel voor een fundamentele verandering zorgen bij de ESO. Het mooie aan de VLT is dat het gaat om vier grote telescopen met in totaal twaalf instrumenten. Men stelt kleine blokken waarneemtijd ter beschikking, en zo kunnen een heleboel Europese en andere sterrenkundigen op die manier waarneemtijd krijgen. Als je één reuzentelescoop bouwt, ga je gauw met beperkingen zitten. Er komen drie instrumenten op van de eerste generatie, elk daarvan is een zo groot project als de hele VLT. Dat gaat om enorm veel geld en grote consortia van wetenschappers, en dat betekent dus meteen ook dat een grote hap van alle beschikbare waarneemtijd aan die consortia toekomt. Bijgevolg blijft er maar een klein deel over voor de andere gebruikers. Bovendien zal het niet zo eenvoudig zijn om de hele faciliteit optimaal in te richten, uit te testen en te kalibreren. Niemand heeft ervaring met dergelijke gigantische instrumenten, dat zal ongetwijfeld leergeld en leertijd vergen. De ELT wordt het paradepaardje van de ESO, dat is prima, maar die telescoop zal totaal anders gebruikt worden dan de VLT.

 

Hier en daar lees je dat La Silla, waar het in de jaren 1960 voor de ESO allemaal begon in Chili, intussen een soort telescopenkerkhof is geworden?

Dat is wel erg overdreven, men laat de bestaande infrastructuur daar zeker niet telloor gaan, maar de activiteiten staan daar inderdaad wel op een laag pitje. Er zijn daar zeker nog wel instrumenten met potentieel, maar met bv. een 3,5 m telescoop is alles wat je daarmee kunt doen intussen al gedaan.

Er is duidelijk behoefte aan telescopen in de grootteorde van 4 m, maar dan uitgerust met wetenschappelijke instrumenten van een nieuwe generatie met bv. een veel groter blikveld. Dergelijk uitgeruste kijkers bestaan op de Paranal of in Hawaï, maar niet op La Silla. Met die kijkers en hun instrumenten is het niet langer de bedoeling om een individueel waarneemprogramma te realiseren, maar om doorlopend beelden te maken van zoveel mogelijk sterrenhemel in één keer. Die continuïteit is immers een belangrijke factor, want hoe veranderlijk de hemel is is de enige dimensie die we nog niet kennen. Maar om dat te verwezenlijken heb je dus een heleboel heel performante camera’s nodig.

 

Is het een fijn idee om te weten dat u zelf hebt bijgedragen aan een juister wetenschappelijk inzicht i.v.m. de structuren van sterrenstelsels?

Het is normaal dat een mens zich soms de vraag stelt waar hij of zij mee bezig is, ik als astronoom doe dat ook. Toen ik begon als sterrenkundige dachten we dat elliptische sterrenstelsels heel vroeg in het heelal gevormd waren en nadien nooit meer veranderd zijn. Tot een onderzoeker aan het Max Planck-instituut omtrent de eeuwwisseling op basis van metingen kon aantonen dat er op roodverschuiving 1 veel minder elliptische stelsels te bespeuren vallen. Als het om een passieve evolutie zou gaan, zouden het er nu en toen precies evenveel moeten zijn. Maar uit de metingen bleek dat op roodverschuiving 1 de helft van de elliptische stelsels nog niet bestond. Toen stond het hele onderzoeksveld op zijn kop en kwam men tot de volgende conclusie: eerst waren er de spiraalstelsels en daarna pas de elliptische. Om de waarnemingen op roodverschuiving 1 te kunnen verklaren moeten spiraalstelsels in de loop van de kosmische evolutie veranderen in elliptische sterrenstelsels.

Het idee was vanaf dan dat er in het heelal van vandaag nog steeds elliptische stelsels bijkomen, maar dat de bestaande elliptische stelsels alleen nog maar passief evolueren, d.w.z. ze doen niks meer.

En dan heb ik met mijn team een belangrijke rol gespeeld bij de ontdekking dat ook dat idee niet correct is. We hebben immers kunnen aantonen dat elliptische stelsels blijven veranderen en groeien, voornamelijk door het samensmelten van sterrenstelsels. Zo komt er steeds massa bij, en vooral de structuur verandert. Als we naar elliptische stelsels kijken op hoge roodverschuiving zijn die veel compacter en meer afgeplat. Zeer geleidelijk in de loop van miljarden jaren veranderen ze in de enorme ronde elliptische sterrenstelsels die we nu zien. En dat zijn meteen ook de jongste sterrenstelsels in het heelal. Toen ik begon met studeren beschouwden we ze als de oudste sterrenstelsels die er waren. Van een ommekeer gesproken! En dan vind ik het best leuk een rol te hebben gespeeld in dit voortschrijdend inzicht. Dus je ziet, soms denken we bepaalde zaken goed te begrijpen en toch kan het dan nog steeds gebeuren dat we compleet van gedachte veranderen, zoals in ons geval over de evolutie van sterrenstelsels.

 

Het Hubble stemvorkdiagram is dus niet relevant met betrekking tot de evolutie van sterrenstelsels?

Die classificatie reflecteert wel het feit dat alle eigenschappen van sterrenstelsels met elkaar gecorreleerd zijn. Als je een schijfachtig stelsel hebt,  heb je stervorming in die stelsels. Als je een elliptisch stelsel hebt, heb je geen stervorming. Dan hebben we het over de dynamische structuur en niet alleen over de morfologie. Zo krijg je een bepaalde orde, en die kun je inderdaad in een diagram zetten. Dat heeft zin, maar geeft geen informatie over de evolutie van een individueel sterrenstelsel.

 

Een klassieker als het Hubble Ultra-Deep Field levert vast veel informatie op waar jullie mee aan de slag kunnen?

Een schitterend beeld, inderdaad, van duizenden sterrenstelsels in het vroege heelal. Op basis van dat soort data kunnen we effectief bepalen dat de elliptische sterrenstelsels in de loop der tijden veranderd zijn. Met behulp van dergelijke foto’s kunnen we letterlijk meten hoe groot die stelsels zijn, die afmetingen op die afstand betekent zoveel kiloparsec, en dat vergelijken we met de afmetingen van hedendaagse elliptische stelsels. En die afmetingen blijken in het verre verleden steeds heel wat kleiner te zijn. Toch heeft het een vijftal jaren geduurd vooraleer alle collega’s overtuigd waren. Begrijpelijk, want als je met iets afkomt dat tegen de gang van de gevestigde mening ingaat is de bewijslast groot. En terecht.

Nu ja, ons vakgebied is moeilijk in die zin dat je de evolutie van één welbepaald sterrenstelsel niet doorheen de tijd kan volgen wegens de enorme tijdschalen. Je kan populaties vergelijken, maar dat houdt risico’s in. Vergelijk het met een groep oudere mensen en een groep kleuters. Kleuters kan je gedurende hun hele levensloop volgen, voor sterrenstelsels is dat zoals net gezegd onmogelijk, je kunt alleen oude en jonge sterrenstelsels vergelijken en dan proberen uit te vinden wat er tussenin gebeurd is. In onze analogie met jongere en oudere mensen staat de groep oudere mensen voor de sterrenstelsels in het huidige heelal. We hebben die mensen uitgebreid ondervraagd over wat ze de afgelopen vijf à tien jaar gedaan hebben. Daardoor hebben we een redelijk zicht op hun levensstijl, hun levensverwachting, waar ze wonen in de stad, in het dorp of op het platteland. Nu willen we weten wat deze mensen deden toen ze in hun twintiger jaren waren. Maar dat weten ze niet meer zo goed, de informatie is in grote mate vervaagd. Voor de sterrenstelsels komt dat neer op het nemen van spectra. Die bevatten veel informatie over de toestand van nu en over wat er in de afgelopen tijd is gebeurd, maar de informatie over wat er langer geleden is gebeurd is niet meer rechtstreeks te achterhalen.

Ons project met de LEGA-C Survey is alsof we aan een groep twintigers hebben gevraagd wat ze de afgelopen vijf à tien jaar hebben gedaan. En dan heb je opeens twee stukjes historie in een mensenleven: oudere en jongere mensen. Daarbij komt nog dat tien jaar op een leeftijd van twintig jaar veel is, op een leeftijd van zeventig jaar is tien jaar niet zoveel. Het nemen van een spectrum is als een vragenlijst doornemen met een deelnemer. Dat hebben we nu voor het eerst met een groep jonge twintigers kunnen doen. En met de James Webb zullen we tot bij de groep kleuters kunnen komen. Het is dus van essentieel belang om sterrenstelsels op een zo hoog mogelijke roodverschuiving waar te nemen en er spectra van te nemen, zo zullen we uiteindelijk hun hele levenscyclus kunnen ontrafelen.

 

Dus hopen maar dat de James Webb-ruimtetelescoop tegen de zomer 2021 kan beginnen plaatjes maken van het vroegste heelal.

Ja, wij kijken er ook erg naar uit. Tegen eind maart 2021 loopt toevallig ook ons LEGA-C project ten einde. Dus tegen dan zijn wij klaar om een hele stroom aan nieuwe data te verwerken.

 

Hopelijk loopt er met de James Webb niets mis, ik herinner me nog de ontgoocheling bij de eerste beelden van de Hubble en de noodzakelijke reparatiemissies met de Space Shuttle.

Men heeft natuurlijk veel geleerd van de Hubble Space Telescope. Fouten als toen zijn zeker niet meer mogelijk. Maar er kan natuurlijk altijd iets fout lopen. De James Webb zal trouwens geparkeerd worden in het Lagrangepunt L2, waar hij een stabiele positie heeft ten opzichte van de Zon en de Aarde. Nadeel is wel dat we daar niet naartoe kunnen mocht er met de ruimtetelescoop iets mis zijn.

Maar de Hubble is een uniek project, niet alleen wetenschappelijk gesproken is de oogst aan nieuwe gegevens zo enorm groot, ook op gebied van PR voor de sterrenkunde is het een ongelooflijke ambassadeur. Iedereen heeft al wel eens Hubble-beelden gezien en bewonderd.  

De problemen aan het begin van de HST die je vermeldt zijn ook illustratief voor de Amerikaanse manier van aanpakken. Wellicht hadden de Europeanen bepaalde fouten bij het ontwerp niet gemaakt, want er is inderdaad van alles fout gegaan met die telescoop. Maar de manier waarop de Amerikanen vervolgens aan de slag zijn gegaan om die fouten te repareren en ervoor te zorgen dat het instrument alsnog kon werken door die Space Shuttle missies met alle erbij horende dramatiek en heroïek, ik denk niet dat een of andere regering in Europa had gezegd: hier heb je nog een miljard euro’s om de problemen op te lossen met een extra ruimtevlucht. De Amerikanen maken van hun tegenslagen alsnog succesverhalen, dat ligt helemaal anders bij de Europeanen lijkt mij. Beide culturen hebben grote voordelen, en het is goed dat ze allebei bestaan en voor dit soort grote projecten bereid zijn om samen te werken.

 

Het moet gewoon goed gaan met de James Webb. Alleszins dank voor het interessante interview, professor van der Wel en nog veel succes met uw verdere onderzoek.

Tekst: Francis Meeus
09/01/2019