‘Zelfs na een korte wandeling raakte ik buiten adem’, vertelt sterrenkundige en universitair hoofddocent Jacqueline Hodge over haar werkzaamheden bij de Atacama Large Millimeter Array (ALMA), een telescoop op het Chajnantor-plateau in Chili op vijfduizend meter boven zeeniveau.

‘Voordat ik daar mocht werken moest ik een medische hoogtetest afleggen. Ze monitoren je zuurstofgehaltes als je op zulke hoge hoogtes werkt. Daarnaast draag je een noodzuurstoffles bij je. Een keer was mijn zuurstofgehalte gevaarlijk laag en ik vond dat hilarisch, waarschijnlijk omdat je van een tekort giechelig wordt.’

ALMA bestaat uit zesenzestig schotels verspreid over de vlakte die samen als één grote telescoop werken. ‘Hoe verder de antennes uit elkaar staan, hoe gedetailleerder we het universum kunnen zien’, legt Hodge uit. ‘ALMA is daarmee een van de krachtigste, zogeheten, interferometers ter wereld. Het neemt licht waar op millimeter en submillimetergolflengtes die wij onmogelijk met onze ogen kunnen waarnemen.’

Terugkijken en voorspellen

Hodge gebruikt voor haar onderzoek naar de evolutie van sterrenstelsels ook waarnemingen van de James Webb Ruimtetelescoop (JWST). ‘Die is gevoelig voor infrarode emissie vanuit het heelal die ons van alles vertelt over fysische processen bij het ontstaan van sterrenstelsels.’

Met haar onderzoek probeert Hodge die processen te reconstrueren. ‘In het begin was het universum extreem saai. Na de oerknal was het heelal ontzettend homogeen, maar 13,8 miljard jaar later bevinden we ons in een weelde van diverse sterrenstelsels.

‘ALMA en JWST leveren ons verschillende informatie over verschillende aspecten van sterrenstelsels op. Door die informatie te combineren leren we niet alleen over de sterren die er al zijn, maar ook over het gas waaruit meer sterren zullen ontstaan. Het helpt ons voorspellen hoe stelsels zullen evolueren.’

Hodge legt uit dat met de twee telescopen in het verleden gekeken kan worden. ‘Licht reist met een bepaalde snelheid. Dat betekent: hoe verder weg je kijkt, hoe verder in het verleden je kijkt. Als je naar de zon kijkt, zie je het licht dat ruim acht minuten geleden is uitgestraald. Bij de sterrenstelsels die wij onderzoeken is het precies zo, alleen dan is het licht miljarden jaren geleden uitgezonden. Wij nemen dus de sterrenstelsels waar zoals ze destijds waren.

‘Hoe verder je kijkt, hoe zwakker het licht wordt en hoe moeilijker de sterrenstelsels te vinden zijn. Daarbij komt dat licht ook verborgen kan zijn achter kosmisch stof. Dat stof absorbeert namelijk het licht. Zodra we een stelsel hebben gevonden, proberen we een totaalplaatje ervan te vormen met de informatie van ALMA en JWST.’

De afstand tot een sterrenstelsel kan achterhaald worden via roodverschuiving. ‘Bij sterrenstelsels verder weg rekt het uitgestraalde licht tot langere golflengtes, het “verschuift” naar een rodere kleur. Atomen en moleculen produceren licht op specifieke, bekende golflengtes. Door te meten hoeveel die zijn verschoven, kunnen we de roodverschuiving van een sterrenstelsel bepalen en daarmee afleiden hoe ver weg het staat.

Afstand bepalen

‘Voorheen konden we sommige verre, door kosmisch stof verduisterde sterrenstelsels niet nauwkeurig genoeg lokaliseren om te bepalen welk sterrenstelsel we zagen, maar met de komst van ALMA kwam daar verandering in. Doordat de ligging nu bekend is, kunnen we het sterrenstelsel identificeren en de roodverschuiving, en daarmee de afstand, bepalen.’

JWST deed er een schepje bovenop. ‘Gevoeliger voor infrarood licht dan zijn voorganger, de Hubble-ruimtetelescoop, kon JWST sterren en structuren blootleggen die voorheen niet zichtbaar waren. Sterrenstelsels die we in eerste instantie nauwelijks konden zien, kunnen we nu veel gedetailleerder bestuderen en onderzoeken hoe ze zich hebben ontwikkeld. Sommige mysteries zijn dus al opgelost.’

Maar nieuwe observaties roepen ook nieuwe vragen op. ‘We hebben een sterrenstelsel waargenomen dat al ongeveer 300 miljoen jaar na de oerknal bestond. Het blijkt toen al verrassend ver geëvolueerd te zijn. De uitdaging is nu om te begrijpen hoe sterrenstelsels zich zo snel in het vroege heelal konden ontwikkelen.’

Sneller dan gedacht

Voor nader onderzoek zijn nog betere telescopen nodig. Daarom speelt Hodge een leidende rol binnen ALMA2040. ‘We werken aan plannen voor een nog krachtigere, volgende generatie telescoop op dezelfde locatie, waarbij we gebruik kunnen maken van de bestaande ALMA-infrastructuur.’

Met haar lezing wil Hodge haar enthousiasme delen over de observaties van ALMA en JWST. ‘Na de eerste verrassende resultaten van JWST kopten veel kranten dat ons beeld van kosmologie kapot is, dat alles wat we weten fout is. Dat vind ik overdreven. De observaties waren zeker verrassend en in sommige gevallen lastig te rijmen met onze modellen over sterrenstelselvorming, maar dat is anders dan beweren dat onze fundamentele kennis van het universum fout is.

‘Dat we leren dat het ontstaan van sterrenstelsels anders en sneller verloopt dan gedacht is vooral interessant. Ik wil juist laten zien wat voor spannends we ontdekken. Nu kunnen we gaan uitvogelen hoe het echt zit.’

Jacqueline Hodge, Hunting for Hidden Galaxies Across Cosmic Time. Rijksmuseum Boerhaave, donderdag 12 november, 19.00-20.00