Over sterren en de archeologie van oud licht
In de gang en werkkamer van hoogleraar Extragalactische sterrenkunde Marijn Franx hangen fraaie posters. Waar een leek sterrenstelsels ziet, ziet Franx in sommige opnamen een reis in de tijd. Want wie in de verste verte van het heelal tuurt, ziet letterlijk hoe ons universum er 13 miljard jaar geleden uit heeft gezien.
‘Ik vertel graag aan de hand van telescoop-opnamen, want het publiek vindt het fascinerend om dat te zien’, zegt Marijn Franx, wijzend op een van de posters aan de muur. ‘Het idee dat je met zo’n plaat miljarden jaren kunt terugkijken is ook wonderbaarlijk en bizar. We zien het licht van jonge, pasgevormde sterrenstelsels uit het vroege begin van het heelal. Daardoor begrijpen we wat daar ooit in een ver verleden gebeurde.’
Afstanden in het heelal zijn zo immens dat zelfs licht met een snelheid van 300.000 kilometer per seconde traag lijkt. Zonlicht doet er bijvoorbeeld 8 minuten over om de 149 miljoen kilometer tussen zon en aarde af te leggen. Wie de zon ziet, kijkt dus eigenlijk naar een beeld dat acht minuten oud is. En kijk je naar het dichtstbijzijnde sterrenstelsel aan de nachtelijke hemel, dan zie je licht dat er 2,5 miljoen jaar over heeft gedaan om de aarde te bereiken.
Het ‘oudste’ licht van de verst weg gelegen sterrenstelsels dat astronomen nog net kunnen oppikken, is zo’n dertien miljard jaar geleden uitgezonden. De poster in Franx’ werkkamer toont zo een blik op de situatie 700 miljoen jaar na de geboorte van het heelal. De sterrenstelsels zijn nog een stukje kleiner dan tegenwoordig, omdat ze jong zijn en nog geen tijd hebben gehad om te groeien.
Franx: ‘We kunnen pas sterrenstelsels zien als het heelal 700 miljoen jaar oud is, maar misschien kunnen we daar met nieuwe satellieten, zoals James Webb Space Telescope, nog een paar honderd miljoen jaar vanaf halen. Die telescoop heeft speciale camera’s die nog beter rood licht kunnen zien, en hoe roder het licht van de sterren, des te verder je terugkijkt in de tijd.’
Het stukje heelal waar astronomen die bezig zijn met de vroegste geschiedenis, op inzoomen, heeft een oppervlak even groot als één procent van het oppervlak van de maan. ‘Het is echt niks, zo klein. Je zoekt een veldje dat tamelijk leeg is, want je wilt geen fel stralende sterren in de buurt hebben. De eerste opnamen begin jaren negentig waren een enorm succes, en in de twintig jaar erna zijn we bezig geweest dat te verbeteren. Sommige stukjes van het heelal zijn jaren achtereen bekeken, met verschillende camera’s.’
Informatica en snelle computers zijn onmisbaar gebleken om te tijdreizen. Er is een reeks computerprogramma’s die de lichtkleuren analyseert en afstanden schat. Alle eigenschappen van sterrenstelsels leid je namelijk af uit de eigenschappen van het licht. ‘Het ontstaan van het heelal kunnen we sinds een paar jaar ook op de computer nabootsen. En dan komen er dezelfde plaatjes uit als we via de telescoop zien. Dat toont dat we aardig beginnen te snappen hoe de big bang werkt.
‘Het belangrijkste is dat we de wetmatigheden voor de vorming van sterrenstelsels hebben achterhaald. Daardoor weten we dat onze melkweg zeven miljard jaar geleden nog vrij klein was, en pas daarna is gegroeid. We kunnen met computersimulaties zelfs ons heelal terugbrengen naar het verre verleden, of naar een verre toekomst. In de toekomst wordt het heelal overigens saaier en leger, doordat alles uitdijt en verder uit elkaar komt te liggen. Daar merken wij niets van want dat speelt zich niet af op onze menselijke tijdschaal.’
De tijdschaal waarop Franx zich begeeft, zegt hem eigenlijk niet zoveel. ‘Ik sta er niet echt bij stil. Dertien miljard jaar is een getal, het gaat de menselijke maat te boven. Dat is al zo bij dertien miljoen jaar. Honderd jaar, vier à vijf generaties, daar kun je je nog iets bij voorstellen, maar duizend jaar is eigenlijk al te veel.’
Ondanks bovenmenselijke tijdschalen en afstanden kan de astronomie op warme publieke belangstelling rekenen, en dat vormt volgens hem de belangrijkste rechtvaardiging voor deze tak van fundamenteel onderzoek. ‘Het boeit veel mensen juist doordat het zo anders is dan onze dagelijkse tijdsbeleving. En het raakt aan de ontstaansvraag van de aarde, en van het universum waarin we leven. Het publiek is intrinsiek geïnteresseerd in de resultaten van dit soort onderzoek. We stoppen ook veel geld en tijd in de verspreiding van onze kennis, en dat zie je terug in de media. Zonder die publieke belangstelling zou dit onderzoek niet bestaan.’
Tekst: Arno van 't Hoog
Beeld: Marc van der Zouw
Meer lezen?
Dit artikel verscheen eerder in Leidraad, het alumni-magazine van de Universiteit Leiden. Het volledige blad is ook online te lezen.