Sterrenkunde ingewikkeld? Voor de leek misschien wel, maar hoogleraar Marijke Haverkorn is eraan verknocht en kan er uren over praten. Ze is bezig met het in kaart brengen van de Melkweg en wil het liefst zo veel mogelijk van het heelal begrijpen. Voor Vox gaf ze een basisles in sterrenkunde en haar onderzoek.

Of het nou gaat over ruimtevaart, zwarte gaten, sterrenbeelden of zelfs ufo’s: het heelal spreekt voor veel mensen tot de verbeelding. Ook Radboudwetenschappers van de afdeling Astrophysics van de bètafaculteit houden zich dagelijks bezig met de sterrenhemel.

Maar op de vraag of ze een inkijkje in de sterrenkunde kan geven, begint Marijke Haverkorn, hoogleraar Astrophysics, te lachen. ‘Alsof je aan een willekeurige arts vraagt om te vertellen hoe geneeskunde precies werkt. Dat kan natuurlijk niet, met alle verschillende specialismen.’

‘Sterrenkunde is echt heel breed’, gaat Haverkorn verder. ‘Het heelal is zo groot, dat je ontelbaar veel verschillende dingen kan bestuderen. Van het allerkleinste, hoe moleculen in de ruimte met elkaar reageren, tot het grootste, bijvoorbeeld hoe clusters en superclusters van sterrenstelsels ten opzichte van elkaar bewegen.’

Kortom: er is letterlijk een oneindigheid aan dingen om te onderzoeken in de ruimte. Zelf doet de astronome onderzoek naar de geboorte van sterren in de Melkweg, specifiek naar de rol van magneetvelden en gaswolken daarin. Aan de hand van haar onderzoek vertelt de wetenschapster over het in kaart brengen van onzichtbare magneetvelden, de geboorte van sterren, interstellaire gaswolken en haar lievelingstelescoop in de Australische outback.

Vertel, waar gaat je onderzoek precies over?

‘Ik hou mij bezig met de vraag hoe het komt dat de Melkweg eruit ziet zoals nu het geval is. Hoe deze sterren zich hebben gevormd. Dat doe ik door te kijken naar gaswolken en magneetvelden in de ruimte. Sterren worden geboren uit grote gaswolken, waarvan delen kunnen ineenstorten tot sterren. Hoe die ineenstorting werkt wordt mede bepaald door magneetvelden. Dus als je de magneetvelden begrijpt, begrijp je meer van de geboorte van sterren.’

Hoe werkt dat dan precies, die bewegende gaswolken en magneetvelden?

‘Een magneetveld voel je wanneer je twee magneetjes tegenover elkaar houdt. Een magneet heeft een noord- en een zuidpool. Twee dezelfde polen stoten elkaar af, twee verschillende trekken elkaar juist aan. Daar tussenin zit een magneetveld, dat werkt aan de hand van magneetveldlijnen, die altijd naar een van de polen lopen. Een kompasnaald wijst altijd langs die lijnen naar het noorden.’

‘Op aarde merk je verder weinig van die magneetvelden. Maar in de ruimte is dat anders. Dat komt omdat magneetvelden daar als het ware vastgevroren zitten in gaswolken. Daardoor werken ze eigenlijk als een elastiek: de wolken bewegen mee met de magneetlijnen en rekken uit.’

Een ster kan dus worden geboren en weer dood gaan?

‘Als een gaswolk samen wordt geduwd stort de kern ervan uiteindelijk in door zwaartekracht. Als de wolk zover instort dat er waterstofontbranding ontstaat wordt een ster geboren. Dit is kernfusie: daar komt een enorme bak energie bij vrij. Het licht dat daar vanaf komt zien wij in de vorm van een stralende ster.’

‘Als die ontbranding stopt, dan wordt alles naar binnen gezogen en implodeert de ster’

‘Maar op een gegeven moment raakt het waterstof in de kern op. Tot dat moment werd de ster in evenwicht gehouden door de zwaartekracht die de ster naar binnen trekt en de straling van de ontbranding die naar buiten straalt. Maar als die ontbranding stopt, dan wordt alles naar binnen gezogen en implodeert de ster. De ster gaat dan dood en wordt een witte dwerg, een neutronenster, of een zwart gat, afhankelijk van het gewicht van de ster.’

En hoe onderzoek je de geboorte van sterren dan?

‘Door te kijken naar magneetvelden en hoe die bewegen. De lol zit ‘m voor mij in het feit dat je die magneetvelden helemaal niet kan zien. Maar als sterrenlicht door een magneetveld gaat, dan wordt dat licht gepolariseerd, wat je wél kan zien. Je kan magneetvelden dus alleen waarnemen door te kijken naar hoe lichtstralen worden beïnvloed.’

‘Polarisatie is de golfrichting van licht. Licht kun je zien als golven. Lichtgolven kunnen alle kanten op golven: van boven naar beneden, van links naar rechts, of daartussenin. Maar als dat licht een magneetveld tegenkomt, kan daar maar één golfrichting doorheen: dezelfde richting als de magneetveldlijnen. Door die golfrichting te meten in telescopen, kunnen we dus achter de richting van de magneetveldlijnen komen.’

‘Zodra we weten in welke richting die magneetveldlijnen staan, kunnen we dat vergelijken met modellen en theorieën over hoe sterren vormen. En dus kunnen we ook kijken welke modellen blijken te kloppen – en welke niet. Zo kunnen we die steeds beter maken.’

Waar komt de fascinatie voor sterren en het heelal vandaan?

‘De nieuwsgierigheid om de wereld te begrijpen zat er bij mij van jongs af aan al in. Ik wilde altijd de natuurkunde in. Psychologie, mensen, culturen, economie dat leek me veel te moeilijk om conclusies te kunnen trekken. In de natuurkunde is iets waar, of niet waar.’

‘Toen ik zestien was las ik in de KIJK een artikel over de oppervlakte van de zon, dat vond ik zo interessant. Ik wist meteen dat ik sterrenkunde wilde gaan studeren. Het leukste is dat dezelfde natuurkunde die alles op de aarde verklaart, ook hele exotische en ongrijpbare dingen in het heelal kan verklaren.’

‘Dat was wel even wennen hoor: verhuizen van een wereldstad naar een dorp met 2500 inwoners’

‘Ik ben mijn studie begonnen in Utrecht, waarna ik een PhD in Leiden heb gedaan. Vervolgens ben ik naar de Verenigde Staten gegaan voor postdocs aan Harvard (Cambridge, Verenigde Staten) en University of California-Berkeley (San Francisco).’

Haverkorn laat een pauze vallen en begint te lachen.

‘En toen verhuisde ik naar Dwingeloo. Dat was wel even wennen hoor: van een wereldstad naar een dorp met 2500 inwoners in Drenthe. Máár wel een dorp met een belangrijk astronomisch instituut én een eigen radiotelescoop. En vervolgens ben ik hier op de Radboud Universiteit terechtgekomen.’

Hier op de universiteit ben je onder andere bezig met het in kaart brengen van de gehele Melkweg. Dat is toch onbegonnen werk, met alle miljoenen sterren?

Met een lach op haar gezicht: ‘En die miljoenen sterren zijn alleen nog maar de sterren die wij kunnen zien. Alle sterren in de Melkweg, dat zijn er wel een paar honderd miljard.’

‘Of het onbegonnen werk is – of niet – hangt af van de hoeveelheid details die je in kaart wil brengen. We kunnen sowieso alleen sterren zien die dichtbij ons staan. Want hoe verder je kijkt, hoe meer stofwolken er in de ruimte zijn. En die houden het licht van de sterren tegen.’

‘Maar die wolken, daar komt ook straling vanaf waar we magneetvelden uit af kunnen leiden. Dát is wel waar te nemen en dus in kaart te brengen. Het nadeel van die straling van de wolken is dat we niet weten hoe ver weg die wolken staan. Dat betekent dat we straling van dichtbij en van ver weg door elkaar zien. Dat probleem lossen we op met het meten van sterren, waarvan we wél weten hoe ver weg ze staan. Zo kunnen we een 3D-kaart maken van die magneetvelden. Maar als je dat doet, kan je steeds maar een heel klein stukje van die kaart invullen. Dus ja, het klopt dat het lang duurt.’

Voor die verschillende metingen worden ook verschillende telescopen gebruikt.

‘Klopt. Je hebt telescopen voor elke soort straling, maar ik werk met optische telescopen en radiotelescopen. De eerste heeft lenzen en spiegels, die werken eigenlijk hetzelfde als je oog of een camera, maar dan véél gevoeliger. Dan zie je vooral sterren, want die stralen vooral zichtbaar licht uit dat optische telescopen kunnen zien.’

‘Veel objecten kan je pas begrijpen als je er met meerdere telescopen naar kijkt’

‘De tweede werkt met radiogolven. Daarmee kan je bijvoorbeeld gaswolken waarnemen. Gas straalt geen licht uit, maar radiostraling. Dat vang je op met antennes en kan je met computertechnieken verwerken tot foto’s.’

Dus een radiotelescoop kan wél een gaswolk waarnemen?

‘Ja, want alles zendt straling uit. Mensen geven warmte af, wat je met infrarood kan meten. Alles wat warm is wordt rood op een infraroodcamera, de rest is zwart. En gaswolken zenden radiostralen uit. En met een radiotelescoop kan je in kaart brengen waar veel straling of weinig straling zit.’

‘Dat is ook precies wat sterrenkunde zo bijzonder maakt. Veel objecten kan je pas begrijpen als je er met meerdere telescopen naar kijkt. Met radiostraling kan ik gaswolken in kaart brengen, met röntgen bestudeer je zwarte gaten of supernova’s en met een optische telescoop kan ik sterren zien. Alles straalt op een eigen manier.’

‘Het is belangrijk om die verschillende metingen samen te brengen, omdat ze allemaal een bepaald component van het totaalplaatje aanleveren. Zo reconstrueren wij hoe de Melkweg precies in elkaar zit.’

De telescopen in Nijmegen worden niet veel ingezet voor onderzoek, die zijn vooral voor studenten om mee te oefenen. Radboudwetenschappers gebruiken telescopen over de hele wereld voor hun onderzoek. Maar dan ben je dus vanuit Nijmegen een telescoop aan het besturen die, bijvoorbeeld, in Namibië of Chili staat?

‘Ja, het is hier niet donker genoeg en sommige straling komt niet of nauwelijks door de atmosfeer. Op afgelegen plekken hoog in de bergen zijn de omstandigheden véél beter. In Chili staan veel telescopen op een hoogvlakte met de droogste lucht ter wereld. Dat is perfect: sommige telescopen hebben last van waterdamp of turbulentie in de lucht, dus hoe droger en ijler de lucht hoe beter.’

‘Een andere optie is om een telescoop de ruimte in te sturen, zoals de beroemde Hubble-telescoop. Het nadeel daarvan is dat een telescoop dan relatief klein moet zijn om op een satelliet te passen. En hoe groter de telescoop, hoe scherper je ermee kan waarnemen.’

‘Als je naar buiten keek zag je de kangoeroes voorbij lopen’

‘Bij radiotelescopen zit het net iets anders: die hebben geen last van waterdamp, maar wel weer van radiostraling door mensen. Denk aan telefoons, satellietcommunicatie of andere elektronica. En dat heb je natuurlijk minder als je in the middle of nowhere bent.’

‘Vroeger gingen astronomen naar een telescoop toe om er onderzoek mee te doen. Tegenwoordig hoeft dat steeds minder, en dat is maar goed ook. Om ecologische redenen, maar ook praktische. Ik kan nu telescopen besturen vanachter mijn bureau thuis en hoef geen dagen meer te reizen. Al verdwijnt daardoor natuurlijk wel wat van de romantiek.’

Zelf heb je dus ook fysiek onderzoek gedaan met telescopen?

‘Klopt. Ik heb in mijn carrière een tijdje in Australië gezeten, in Sydney. Op zo’n vijf uur rijden landinwaarts staat daar een grote telescoop, vlakbij het dorpje Parkes. Dat is mijn lievelingstelescoop: een oude radiotelescoop uit 1959 met een schotel van 64 meter doorsnede. De instrumenten zijn met de tijd wel vernieuwd, maar de basis is nog oud.’

‘Je zit daar echt helemaal afgezonderd van de buitenwereld. Onderzoekers sliepen toen nog in het gasthuis op het terrein en er was een crew aanwezig die voor je kookte. Dat was echt fantastisch, als je naar buiten keek zag je de kangoeroes en echidnas voorbij lopen.’

Voel je je niet heel klein, als je naar de sterren kijkt?

‘Ja, soms wel. Maar dat hoort er denk ik ook een beetje bij. Dat je nadenkt over de nietigheid van de mens en de aarde.’

‘Ik kan nu wel rekenen met verschrikkelijk grote getallen en de resultaten interpreteren, maar het blijft moeilijk om je exotische dingen voor te stellen, zoals zwarte gaten, gekromde ruimtes of de vorm van het heelal. Dat is juist een van de redenen waarom ik sterrenkunde ben gaan studeren, om dit soort fenomenen te begrijpen ondanks hun complexiteit.’