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.
“Als kind al hielden de wetenschap en de natuur me bezig. Ik stelde me vaak de vraag waarom iets was zoals het was. Mijn fascinatie voor sterren kwam pas later, toen ik een interessante toepassing zocht voor de abstracte wiskunde.”
Maarten Baes is professor sterrenkunde en expert in de extragalactische sterrenkunde. Hij bestudeert dus sterrenstelsels. Daarnaast leidt hij een internationale onderzoeksgroep die zowel computationeel als observationeel sterrenkundig onderzoek doet.
Hoe ben je ertoe gekomen om onderzoek te doen naar sterrenstelsels?
Maarten Baes: “Via een omweg. Omdat ik altijd graag wiskunde heb gedaan, ben ik dat gaan studeren aan de UGent. Tijdens mijn tweede bachelor merkte ik al dat de zuivere wiskunde niet helemaal mijn ding was en dat ik op zoek was naar iets met meer toepassing. Daarom koos ik voor de afstudeerrichting wiskundige natuurkunde en sterrenkunde. Dat maakt cijfers en berekeningen iets tastbaarder. Als je bijvoorbeeld de zwaartekracht van een planeet moet berekenen, worden de cijfers erachter heel concreet.”
Wat onderzoek je nu?
“Ik onderzoek de structuur, het ontstaan en de evolutie van sterrenstelsels. Als je het heelal bekijkt, is dat als een hele grote doos. Daarin heb je sterrenstelsels, zoals onze eigen Melkweg. Die vormen de basisbouwstenen van het heelal. Binnen elk sterrenstelsel heb je dan weer miljarden sterren, elk met hun eigen planetenstelsels. Ik onderzoek hoe die sterrenstelsels zijn ontstaan, hoe ze evolueren doorheen de geschiedenis en waarom ze verschillende vormen, kleuren en groottes hebben.”
Hoe doe je dat?
“Op basis van grote computersimulaties, die nabootsen hoe deeltjes in het heelal zich gedragen en hoe ze geëvolueerd zijn doorheen de tijd, beginnend vanaf de oerknal. Daar zit het grote verschil met veel andere wetenschappers: wij kunnen onze onderwerpen niet in het labo brengen. Het enige wat wij kunnen, is ernaar kijken en simulaties maken met de computer.”
Hoe komen die computersimulaties tot stand?
“Om de ruimte zo correct mogelijk te simuleren, geef je verschillende parameters in. Dat gaat van zwaartekracht tot magnetische velden en chemische processen, zoals hoe gas samentrekt, afkoelt en sterren vormt. Als je al die parameters ingeeft, doet de computer de rest. We gooien dus de wetten van de fysica in de computer en hopen dat er een sterrenstelsel uit komt. De getallen waar wij mee goochelen zijn trouwens gigantisch: de zwaartekracht in zwarte gaten is bijvoorbeeld miljoenen keren sterker dan op aarde. Het heelal is echt het gedroomde laboratorium voor een fysicus.”
Zo krijg je meteen een beeld van een sterrenstelsel?
“‘Meteen’ is veel gezegd. Supercomputers draaien maanden, soms zelfs jaren, om een resultaat te geven. Je simuleert dan ook 13,8 miljard jaar, van de Big Bang tot nu. Daarom werken verschillende groepen wereldwijd samen om dat deel van het onderzoek samen te voeren. Onze groep in Gent is gespecialiseerd in realistische beelden maken van die data. Alsof je er met een telescoop naar kijkt.”
Hoe doe je dat?
“Wij maken van die oorspronkelijke simulatiedata verschillende beelden van het sterrenstelsel. Bijvoorbeeld hoe ze eruit zien in het infrarood- of in het röntgengebied, of als je ze van een andere kant bekijkt. Dan vergelijken we al de eigenschappen die we zien, zoals verschillen in helderheid, kleuren en vormen, met wat we waarnemen in het heelal. In dat deel van het onderzoek zijn wij aan de UGent gespecialiseerd.”
Zo controleer je of de simulaties kloppen?
“Inderdaad. We zien bijvoorbeeld dat rode sterrenstelsels vaak massief zijn en weinig details hebben. Blauwe sterrenstelsels zijn dan weer minder massief en hebben vaak spiraalarmen. Soms zien we in de simulaties plots veel meer blauwe sterrenstelsels dan we waarnemen. Dan moeten we de parameters bijsturen. Onze feedback delen we met de makers van de simulaties, zodat ze variabelen kunnen aanpassen en de simulaties nog accurater kunnen maken.”
Je maakt een soort van referentiefoto van een sterrenstelsel?
“Zoiets. Op basis van de simulaties maken wij een soort van foto van hoe het sterrenstelsel eruit kan zien. Die beelden vergelijken we met de echte foto’s die we van de sterrenstelsels nemen.”
Wat is het ultieme doel van je onderzoek?
“Enerzijds willen we weten hoe het heelal evolueert. Aan de andere kant willen we natuurlijk onderzoeken hoe de sterrenstelsels zelf evolueren in het heelal. Eigenlijk is de extragalactische sterrenkunde, de studie naar sterrenstelsels, nog maar honderd jaar oud. Daarvoor wisten we niet eens dat er sterrenstelsels bestonden. Toen dachten we nog dat de Melkweg en het heelal hetzelfde waren.”
Er valt dus nog veel te ontdekken?
“Ja, zeker. Er is nog zoveel dat we niet weten. Het antwoord op de ultieme vraag – waar komen we vandaan – weten we nog lang niet. Gelukkig helpt de voortdurende ontwikkeling van nieuwe technologieën ons daarbij. Toen een paar jaar geleden de James Webb-ruimtetelescoop is gelanceerd, waar trouwens UGent-onderzoekers aan mee bouwden, zijn de grenzen van wat we kunnen zien en onderzoeken opnieuw verlegd. We zien nu dingen die we nooit eerder konden zien. Heel boeiend.”
Kan jij nog naar de sterren kijken zonder de wetenschap erachter te zien?
“(lacht) Gelukkig wel. Ik zie geen nulletjes en eentjes als ik naar de sterren kijk. Ik ben nog altijd verwonderd door de schoonheid. En de ruimte blijft me fascineren. Wist je dat er nog altijd nieuwe sterren geboren worden? In onze eigen Melkweg worden een vijftal nieuwe sterren per jaar geboren. De kennis die ik heb over wat erachter zit, neemt de magie niet weg. Misschien net omgekeerd: het maakt het nog mooier.”
Maarten Baes is professor sterrenkunde en expert in de extragalactische sterrenkunde. Hij leidt een internationale onderzoeksgroep die zowel computationeel als observationeel sterrenkundig onderzoek doet. Zijn favoriete plekje is het grasveldje op de Volkssterrenwacht Armand Pien op het dak van de Rozier, onder de antieke Van Monckhoven-telescoop uit 1880 en met een uniek zicht op de torens van Gent.
Lees ook
Wordt België de thuisbasis van de Einsteintelescoop?
Europa wil een telescoop bouwen om terug te kijken naar het ontstaan van het heelal. Het kilometerslange bouwwerk komt misschien wel in België. UGent’er Archisman Ghosh van de faculteit Wetenschappen kijkt er alvast reikhalzend naar uit.
De vooruitblik: ontrafelen we in 2023 de geheimen van ons heelal?
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.”
