De vooruitblik: ontrafelen we in 2023 de geheimen van ons heelal?

Arjen van der Wel

De wereld van de sterrenkunde staat op zijn kop, en dat heeft alles te maken met de James Webb Telescope: een nieuwe, bijzonder krachtige ruimtetelescoop. Professor Arjen van der Wel: “Dit jaar wordt het jaar van de waarheid. Ofwel bevestigen de beelden van de telescoop onze theorieën, ofwel halen ze alles waar we in geloofden helemaal onderuit.”

De James Webb Telescope is een game changer voor de astronomie?

Arjen van der Wel: “De telescoop kan ons inzicht in het heelal veranderen. Wat is er gebeurd na de oerknal? Hoe is ons heelal ontstaan? Is er buitenaards leven? Vanzelfsprekend is het niet dat wij ons dat kunnen afvragen vanop een kleine planeet in een uithoek van een van de miljarden sterrenstelsels. En veel is nog onbekend. Dankzij de James Webb kunnen we nu heel wat theorieën aftoetsen. Let wel: we zijn nog maar nét gestart met die vragen te beantwoorden. We moeten beginnen met eenvoudige vragen, zoals: hoeveel sterrenstelsels zijn er, hoe evolueren ze enzovoort.”

Wat verwacht je dit jaar van de telescoop?

“De eerste beelden die de wereld rondgingen, overtroffen al meteen onze verwachtingen. We hadden nooit durven dromen dat ze zo goed zouden zijn, dat we zo ver zouden kunnen kijken. De lijst van waarnemingen groeit elke dag, het is fenomenaal. Topwetenschappers over de hele wereld analyseren die enorme waslijst aan data voortdurend. Daarom verwacht ik dit jaar zeer veel. Als er buitenaards leven is, bijvoorbeeld, dan zien we daar wellicht aanwijzingen van met deze telescoop. En op zijn minst zullen we een aantal belangrijke sterrenkundige theorieën kunnen bevestigen of net ontkrachten.”

Hoezo?

“Voor James Webb kenden we het bestaan van een sterrenstelsel dat 13,3 miljard lichtjaar van ons verwijderd is. Het licht was 13,3 miljard jaar onderweg vooraleer het ons bereikte, en we zien het object zoals het er 13,3 miljard geleden uitzag. Het heelal zelf is vandaag 13,7 miljard jaar oud. We zien dat object dus op het moment dat het heelal 400 miljoen jaar oud was. Dat betekent dat de eerste sterrenstelsels nog daarvoor ontstonden. Die ontdekking was een verrassing, maar niet meteen een fundamenteel probleem voor de kosmologie.

Nu is er, met de eerste James Webb-waarnemingen, iets ontdekt dat mogelijk wél de fundamenten van de kosmologie onderuit haalt. Het gaat over een object dat behoorlijk massief zou zijn, en dat al zou bestaan toen het heelal amper 200 miljoen jaar oud was. Volgens onze theorieën is dat véél te kort om een dergelijk sterrenstelsel te vormen.

Alsof mensen beweren dat ze een baby van 1m70 ontdekten. Als dat zou kloppen, moeten we onze ideeën over voortplanting helemaal herzien. En in ons geval: als dat object effectief zo oud is, moeten we onze theorie van kosmologie en structuurvorming volledig herzien. Er is veel bewijs nodig om zo’n bewering te staven, en zelf ben ik nog niet overtuigd. Maar dit jaar krijgen we ongetwijfeld uitsluitsel over het bestaan van het object door nieuwe analyses die de afstand en leeftijd bevestigen.”

Waarom kan de nieuwe telescoop zoveel meer dan de vorige?

“De James Webb is de krachtigste en meest waardevolle telescoop ooit gebouwd. Het is ook de grootste die ooit de ruimte in gestuurd werd: de hoofdspiegel, die het licht van veraf gelegen objecten opvangt, heeft een diameter van 6,5 meter. De camera’s in de telescoop zijn geavanceerd, de manier waarop ze beelden maken en verzamelen is zeer vernieuwend.

Bovendien hangt de telescoop op anderhalf miljoen kilometer van de aarde, waardoor hij geen storing ondervindt van het zonlicht dat gereflecteerd wordt op de aarde of van de atmosfeer. Omwille van die verschillende redenen ontvangen we veel meer informatie uit het heelal. Ook van sterrenstelsels die zeer ver van ons verwijderd zijn.”

Hoe werkt dat precies?

“Telescopen vangen het spectrum van licht op dat objecten in de ruimte uitstralen, en daar halen we zeer veel informatie uit. Met het blote oog zie je maar een deel van dat spectrum. Het infrarode licht onderscheiden we bijvoorbeeld niet. Dankzij de James Webb-camera’s kunnen we dat wél. De spectroscopen van de James Webb meten die golflengtes dan weer zo fijnmazig dat ze radicaal nieuwe informatie verzamelen over heel wat objecten. Ook over sterrenstelsels op recordafstanden.”

Hoe weet je dat die sterrenstelsels ver van ons liggen?

“Hoe verder een sterrenstelsel van ons vandaan is, hoe roder wij het waarnemen. Dat is letterlijk zo. Hoe komt dat? We weten dat het heelal uitdijt, en dat alle objecten uit elkaar bewegen. Dat levert een dopplerverschuiving op: de golflengte van het licht wordt langer en roder. Objecten die ver van elkaar verwijderd zijn, bewegen zich sneller uit elkaar. Daardoor toont een verder gelegen object een grotere roodverschuiving. Als we die roodverschuiving meten, kunnen we berekenen hoe ver de objecten verwijderd zijn.

Ook geluid kent trouwens een dopplerverschuiving: een object dat nadert, klinkt hoger, terwijl een object dat zich van je verwijdert lager klinkt. Dat hoor je bijvoorbeeld als een ambulance naar je toe rijdt: die klinkt veel hoger dan een die van je wegrijdt.”

Ga je zelf mee op zoek naar het spectrum van het verst afgelegen object?

“Ik ben wel betrokken bij projecten die de afstandsrecords najagen, maar zelf focus ik me meer op de structuur van de sterrenstelsels. Ook een van de belangrijkste doelen van de James Webb. Dankzij die telescoop kunnen we nu voor het eerst de massa en structuur van sterrenstelsels bestuderen op kosmologische afstand. Hoe verschillen zij van het universum zoals wij het kennen?

Wat ik verwacht, is dat de binnenste structuur en de manier van roteren van de sterren binnen een sterrenstelsel wel degelijk verschillen en evolueren doorheen de tijd, maar dat de massa zelf min of meer gelijk blijft. Ik diende nu een onderzoeksvoorstel in om met de James Webb de dynamische structuur te onderzoeken van een sterrenstelsel van vijf miljard jaar geleden. Binnenkort weet ik of mijn voorstel verkozen wordt als een van de nieuwe James Webb-waarneemprogramma’s voor het komende jaar."

Arjen van der Wel

Arjen van der Wel is professor aan de vakgroep Fysica en Sterrenkunde (faculteit Wetenschappen), en is gespecialiseerd in extragalactische sterrenkunde en kosmologie.

33-67

Lees ook

Professor sterrenkunde: "We zien nu dingen die we nooit eerder konden zien"

Hij kan ze moeilijk letterlijk onder een microscoop leggen, maar geavanceerde computersimulaties helpen Maarten Baes om sterrenstelsels te bestuderen. Gelukkig maar, want de studie naar sterrenstelsels is een relatief nieuwe tak in de sterrenkunde, en er valt nog veel te ontdekken.

Maarten Baes
view

2023: de UGent in 12 beelden

Er gebeurde heel wat in 2023, ook aan de UGent. Uit alle unieke gebeurtenissen pikken we enkele momenten uit om het verhaal van het afgelopen jaar te vertellen. 

Alumnidag
view

De vooruitblik: wat brengt 2023 voor Europa?

“De oorlog in Oekraïne heeft een ongeziene eensgezindheid in Europa gebracht. Een eensgezindheid die ik zie standhouden. Al blijft migratie ook dit jaar de grote splijtzwam”, weet professor Europese politiek Hendrik Vos. En hij ziet een groeiend besef rond militaire samenwerking.

Hendrik Vos
view

De vooruitblik: wat brengt 2023 voor de ‘war on drugs’?

“In 2022 zagen we een stijging van het drugsgeweld in ons land. Mensen willen daar graag meteen een oplossing voor. Helaas, er is geen mirakeloplossing, dus ook in 2023 zal het niet meteen verdwijnen.” volgens professor drugsbeleid en criminologie Charlotte Colman.

Charlotte Colman
view