‘Dit is totaal onontgonnen terrein’: nieuwe telescoop gaat revolutie in de astronomie ontketenen

Ze zien eruit als drie grote paddenstoelen: de nieuwe telescopen op de Europese La Silla-sterrenwacht in Noord-Chili. In het voorjaar zijn ze in gebruik genomen. Elke heldere nacht schuiven de bolvormige koepels open en gaan de robottelescopen volautomatisch aan het werk. BlackGem, zoals het telescopentrio heet, is ruim een miljoen keer gevoeliger dan het menselijk oog en maakt continu foto’s van de nachtelijke sterrenhemel. Want daar knippert en flikkert het voortdurend. “In de toekomst ontdekken we mogelijk compleet nieuwe verschijnselen en objecten”, zegt projectleider Paul Groot van de Radboud Universiteit in Nijmegen.

Maar wacht even – de kosmos, daar verandert toch niet zoveel? Wij zien dezelfde sterrenbeelden als onze verre voorouders en de bewegingen van de zon en de maan zijn zo voorspelbaar dat we onze kalender en tijd­rekening erop hebben gebaseerd.

Lange tijd dachten astronomen er inderdaad zo over: wat er vandaag aan de hemel zichtbaar is, is er volgend jaar ook. Of volgende eeuw. Natuurlijk moet je voor een bijzonder verschijnsel als een zonsverduistering op het juiste moment op de juiste plaats zijn, maar de Orionnevel en het Zeven­gesternte zien er elke nacht hetzelfde uit. Sterrenkunde was daardoor lange tijd een wetenschap zonder haast.

Het geloof in de onveranderlijkheid van het heelal was zelfs zo diepgeworteld dat kometen – indrukwekkende ‘staartsterren’ die meestal maar een paar weken zichtbaar zijn – door de Grieken werden gezien als verschijnselen in de aardse dampkring. Pas in de 16de eeuw bleek dat ze verder weg staan dan de maan en hun eigen langgerekte ­banen rond de zon beschrijven. Toen er in 1572 en 1604 ook nog twee ‘nieuwe sterren’ (supernova’s) aan de hemel verschenen, drong langzaam maar zeker het besef door dat het universum wel degelijk aan veranderingen onderhevig is. Er gebeurt daar van alles, op elke denkbare tijdschaal.

Zwakkere explosies

Nu valt een heldere supernova in ons eigen Melkwegstelsel natuurlijk direct op, maar in het heelal treden voortdurend ook zwakkere explosies en uitbarstingen op, die soms maar korte tijd zichtbaar zijn – de zogeheten transients. Die zijn veel moeilijker te bestuderen, want je weet niet van tevoren waar en wanneer ze zich voordoen. Bovendien heb je er forse telescopen voor nodig, en die zien doorgaans maar een heel klein stukje van de sterrenhemel. “Pas de laatste tien jaar lukt het om de hele hemel vrijwel continu in de gaten te houden”, zegt Groot, “dankzij groot-formaatdetectoren, ­betaalbare robotica en de mogelijkheid om vele terabytes aan data te transporteren en op te slaan.”

Groot begon er een kwart eeuw geleden al mee, aan de Universiteit van Amsterdam. Samen met zijn collega Titus Galama onderzocht hij mysterieuze explosies van gammastraling in het heelal, waargenomen met de Italiaans-Nederlandse kunstmaan BeppoSax. Na één zo’n gammaflits richtten de twee promovendi in allerijl een grote telescoop die op het Canarische eiland La Palma stond op het betreffende stukje sterrenhemel en vonden ze een sterretje dat er daarvoor nog niet stond en dat ook alweer aan het uitdoven was.

Dankzij die bliksemactie ontdekten sterrenkundigen dat gammaflitsen in verre sterrenstelsels plaatsvinden, wanneer een extreem zware ster ontploft of wanneer twee supercompacte neutronensterren met elkaar botsen en versmelten tot een zwart gat.

Het is maar één voorbeeld van wat er in het heelal allemaal knalt, flitst en knippert. Sterren exploderen of klappen met veel geweld op elkaar. Witte dwergsterren slurpen gas op van hun begeleider, wat tot een uit de hand gelopen kernexplosie leidt. De kernen van verre sterrenstelsels braken wolken heet gas uit of schieten bundels geladen deeltjes de ruimte in. Soms weerklinkt de doodskreet van een ster die in één keer wordt opgeslokt door een superzwaar zwart gat. En het gaat niet alleen om zichtbaar licht, ook om radiostraling en röntgenstraling. “In plaats van statische foto’s wil je eigenlijk een film van de kosmos maken op zoveel mogelijk golflengten”, zegt Samaya Nissanke van de Universiteit van Amsterdam.

Snelle radioflitsen

En het kan altijd nog gekker. Neem de ‘snelle radioflitsen’ (fast radio bursts), die gemiddeld maar eenduizendste seconde duren. In die minieme oogwenk wordt evenveel energie geproduceerd als de zon uitstraalt in een paar dagen. Met hun extreem korte duur is het een wonder dat snelle radioflitsen überhaupt zijn ontdekt (in 2007) en het is niet zo gek dat hun ware aard nog steeds niet precies is achterhaald. Om ze te vinden moet een radiotelescoop niet alleen een groot deel van de hemel in het oog houden, maar ook heel snelle veranderingen kunnen registreren, aldus de Amsterdamse flitsonderzoeker Jason Hessels, die verbonden is aan radiosterrenkundig instituut Astron.

Het onderzoek naar snelle radioflitsen staat nog in de kinderschoenen. Hoogstwaarschijnlijk gaat het om uitbarstingen op supercompacte neutronensterren met een extreem sterk magnetisch veld, meestal in verre sterrenstelsels op tientallen of honderden miljoenen lichtjaren afstand. Het liefst zou je gelijktijdig ook zichtbaar licht willen zien van zo’n radioflits – dat biedt in één keer veel meer informatie over de herkomst. Tot nu toe is dat nog nooit gelukt, maar volgens Hessels kan dat in de toekomst veranderen. “Als dat lukt, kunnen we onze modellen beter toetsen en krijgen we een veel beter idee van wat er precies explodeert.”

Bij sommige andere extreme verschijnselen in het heelal is het – net als bij de eerder genoemde gammaflitsen – al wel gelukt om zo’n optische tegenhanger te vinden. Dat gebeurde bijvoorbeeld op 17 augustus 2017, toen gevoelige detectoren (twee in de Verenigde Staten en een in Italië) minieme trillingen in de lege ruimte detecteerden. Uit de metingen van de drie instrumenten leidden astronomen een ruwe herkomstrichting van die zwaartekrachtgolven af en binnen de kortste keren werden tientallen telescopen over de hele wereld op het betreffende stukje sterrenhemel gericht. “Het bleek te gaan om de botsing van twee neutronensterren”, zegt Nissanke, “en die is nu op alle mogelijke golflengten waargenomen. Elk instrument leverde een stukje van de puzzel.”

Snel reageren is daarbij essentieel. En dat is precies wat het BlackGem-project van Paul Groot doet. Zodra de zwaartekrachtgolf­detectoren weer een rimpeling door de kosmos voelen trekken, worden de drie telescopen volautomatisch op het verdachte stukje hemel gericht en beginnen ze opnamen te maken. Hoewel de derde telescoop nog met wat technische problemen kampt, zijn Groot en zijn collega’s er wel klaar voor.

Een prototype van de BlackGem-telescopen, MeerLicht geheten, is al enkele jaren actief op een sterrenwacht in Zuid-Afrika. Na wat vertraging als gevolg van de coronapandemie is de bouw van het telescopentrio in Chili afgelopen jaar voltooid; in april zijn de eerste waarnemingen verricht. Het Nederlands-Vlaamse BlackGem-consortium wil het observatorium in de toekomst uitbreiden tot misschien wel vijftien identieke telescopen. “Ik verwacht dat er over tien jaar ook grote detectoren bestaan, vergelijkbaar met de kleinere chips in de huidige consumenten­camera’s, die je in heel korte tijd per pixel kunt uitlezen”, zegt Groot. “Dan kunnen we zelfs transients bestuderen op tijdschalen van minder dan een seconde.”

Het grootste deel van de tijd, wanneer er geen zwaartekrachtgolfalerts zijn, maken de BlackGem-telescopen onafgebroken foto’s van de sterrenhemel. Na zo’n drie maanden is een groot deel van de hemel boven de La Silla-sterrenwacht drie keer per nacht vastgelegd en begint alles weer van voren af aan. Door opnamen van hetzelfde gebied met elkaar te vergelijken, kom je ook allerlei veranderingen op het spoor, zoals de vroegste fases van supernova-explosies, botsingen van zware sterren, en tidal disruption events, waarbij sterren door zwarte gaten worden opgeslokt. “Nog niet zo lang geleden werden dat soort fenomenen vooral bij toeval ontdekt”, aldus Nissanke. “Nu gaan we veel systematischer te werk.”

Drie keer per nacht foto’s

BlackGem is niet het enige instrument dat zulke surveys uitvoert. De twee PanStarrs-telescopen op de Haleakala-vulkaan in Hawaï doen hetzelfde, evenals de succesvolle Zwicky Transient Facility in Californië. Maar die staan beide op het noordelijk halfrond, zegt Groot – ze kunnen een groot deel van de zuidelijke sterrenhemel niet zien. “Wij zijn bovendien sneller: een geselecteerd deel van de hemel fotograferen we drie keer per nacht, in drie kleuren.” Nissanke heeft er hooggespannen verwachtingen van. “BlackGem is echt een heel opwindend project.”

Maar time domain astronomy, zoals de nieuwe trend in de sterrenkunde heet, wordt pas echt volwassen met de ingebruikname, eind volgend jaar, van het Vera Rubin Observatory, eveneens in het noorden van Chili, op de 2.700 meter hoge bergtop Cerro Pachón. Daar is een reusachtige telescoop met een 8,4 meter grote spiegel in aanbouw. De telescoop wordt uitgerust met de grootste digitale camera die ooit is gebouwd, met 3,2 miljard pixels en een beeldveld zo groot als veertig volle manen. Twee keer per week zal hij de hele sterrenhemel scannen en per nacht levert hij zo’n 15 terabyte aan ruwe data – bijna duizend keer zoveel als de volledige tekstinhoud van Wikipedia.

“Hoewel wij niet kunnen tippen aan de gevoeligheid van het Vera Rubin Observatory, blijven instrumenten als de Zwicky Transient Facility en BlackGem een belangrijke rol spelen”, zegt Groot. “Vooral voor veranderingen aan de sterrenhemel op de allerkortste tijdschalen.” Dat de nieuwe telescoop een revolutie in de astronomie gaat ontketenen, staat volgens Groot buiten kijf. Niemand durft te voorspellen wat voor opzienbarende ontdekkingen hij allemaal zal doen, maar wie de kosmos op een totaal nieuwe manier bestudeert, wordt nooit teleurgesteld. “Dit is totaal onontgonnen terrein.”