Met de telescoop zou het mogelijk moeten zijn om de eerste sterren in het universum te bestuderen.

We hebben op aarde, maar ook in de ruimte verschillende krachtige telescopen in gebruik. En binnenkort komt daar in de vorm van ruimtetelescoop James Webb nog een bijzonder krachtig exemplaar bij. En deze telescopen zijn tot grootse observaties in staat. Zo is de verwachting dat James Webb straks in staat is om de eerste sterrenstelsels in het universum te spotten. “Maar theorieën voorspellen dat daarvoor nog – voor de sterrenstelsel ontstonden – individuele sterren het levenslicht zagen: de Populatie III-sterren,” vertelt onderzoeker Volker Bromm. En onderzoekers willen die sterren maar wat graag bestuderen. Maar dat vraagt om een ‘ultieme’ telescoop, niet hier op aarde, maar op de maan.

Oud idee
Het idee is niet eens zo heel nieuw. Iets meer dan tien jaar geleden overwoog NASA op aangeven van onderzoekers nog om zo’n telescoop te bouwen en de jacht op de eerste sterren te openen. Maar na wat wikken en wegen besloot de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie het plan toch te laten varen. Het onderzoek naar die eerste sterren stond nog grotendeels in de kinderschoenen en het idee dat een telescoop op de maan in staat zou zijn om deze sterren te spotten, leek vergezocht.

De afgelopen jaren is er echter veel (theoretisch) onderzoek naar deze eerste sterren gedaan. Onderzoekers zijn zo veel meer over deze eerste sterren te weten te komen en er nu bovendien van overtuigd dat de telescoop die NASA in 2008 nog overwoog om te bouwen – ook daadwerkelijk in staat zou zijn om die eerste sterren waar te nemen.

Vragen en hypothesen
Daarnaast hebben de studies geleid tot concrete vragen en hypothesen die maar op één manier beantwoord en getoetst kunnen worden: met behulp van de telescoop die NASA eerder weigerde te bouwen. En daarom pleiten onderzoekers in het blad The Astrophysical Journal – nu opnieuw voor de bouw van een Ultimately Large Telescope op de maan, waarmee we kunnen doen wat met geen enkele andere telescoop kan: een blik werpen op die eerste sterren. “We gebruiken computersimulaties om de eerste sterren die na de oerknal ontstonden beter te begrijpen,” vertelt onderzoeker Anna Schauer aan Scientias.nl. “Maar we weten nog steeds niet goed hoe zwaar en groot deze eerste sterren waren en of ze ontstonden in grote of kleine clusters. Dat zijn vragen die beantwoord zouden kunnen worden met de Ultimately Large Telescope.” Dat die vragen nu prangender zijn dan in 2008, toen NASA nog afzag van de bouw van zo’n telescoop, staat vast en is te herleiden naar de steeds betere modellen die in de afgelopen tien jaar zijn ontwikkeld en waarmee deze eerste sterren gaandeweg steeds beter beschreven konden worden en we nu dus veel beter dan tien jaar geleden weten waar we naar zoeken. “Sommige van deze modellen stammen uit 2011, anderen uit 2019 of zelfs dit jaar,” aldus Schauer.

Nieuwe poging
In zekere zin zou je dan ook kunnen concluderen dat de wetenschap in 2008 nog niet echt klaar was om de jacht op de eerste sterren te openen. Maar dat is nu dus anders. En als het aan astronomen ligt, wordt er dan ook opnieuw serieus naar de Ultimately Large Telescope gekeken.

Groot
De term ‘Large’ moet je daarbij zeker niet met een korreltje zout nemen. Want het zou echt een enorme telescoop worden. Zo zou de spiegel een diameter van 100 meter moeten hebben. “De telescoop is groter dan elke andere telescoop (radiotelescopen uitgesloten) die tot op heden gebouwd is,” bevestigt Schauer. De spiegel zou bovendien niet bestaan uit glas, maar uit een vloeistof (zie kader). Daarnaast zou de telescoop autonoom moeten kunnen functioneren. Energie wordt geleverd door zonnepanelen die eveneens op de maan gestationeerd zijn. En de gegevens die de telescoop verzameld, moeten weer via satellieten in een baan om de maan naar de aarde worden gestuurd.

Vloeibaar
Wat het lanceren van spullen – zoals een telescoop naar de maan – prijzig maakt, is het gewicht. Het is in feite hetzelfde verhaal als hier met de post: hoe zwaarder het pakket, hoe meer verzendkosten je betaalt. En dus is er veel aan gelegen om het gewicht van de telescoop te drukken. Wat daarbij kan helpen, is dat je de enorme spiegel niet van glas maakt, maar van een vloeistof (dat drukt overigens niet alleen de transportkosten, maar ook nog eens de productiekosten). De spiegel van zo’n telescoop bestaat uit een ronddraaiend vat, gevuld met vloeistof waarop weer een reflecterende vloeistof (bijvoorbeeld kwik) rust. Doordat het vat continu ronddraait, houdt het oppervlak van de vloeistof de paraboloïde vorm die nodig is om de vloeistof als een spiegel te laten werken.

Het moge duidelijk zijn dat het een hele operatie wordt om deze telescoop op het oppervlak van de maan te laten verrijzen. “Het vereist veel nieuwe technologie,” stelt Schauer. Daarom pleiten de onderzoekers er ook voor om eerst een kleine versie van de telescoop te bouwen, om alle baanbrekende, nieuwe onderdelen te kunnen testen.

Robots of astronauten?
Op de vraag wie de Ultimately Large Telescope straks op de maan moet installeren, moet Schauer het antwoord schuldig blijven. Wellicht zijn robots er in de toekomst toe in staat. Maar misschien zijn er ook wel astronauten voor nodig. Dat NASA plannen ontwikkelt om op korte termijn – in 2024 al – weer mensen naar de maan te brengen, kan wat dat betreft heel handig zijn.

Of NASA echter opnieuw enthousiast te krijgen is over deze telescoop is eveneens onduidelijk. Schauer en collega’s zijn dat in ieder geval wel. Ze wijzen erop dat de telescoop niet alleen meer inzicht kan geven in hoe deze eerste sterren er precies uitzagen, maar en passant ook kan onthullen hoe ons universum met het ontstaan van deze eerste sterren een stuk spannender werd. “In het jonge universum, voor de eerste sterren ontstonden, bestond zichtbare materie enkel uit waterstof en helium,” vertelt Schauer. “Sterren waren nodig om ‘hogere’ elementen – zoals zuurstof en koolstof, van cruciaal belang voor leven – voort te brengen.” “We leven in een universum vol sterren,” voegt Bromm toe. “Hoe de stervorming vroeg in de kosmische geschiedenis op gang kwam, is een belangrijke vraag. Het ontstaan van de eerste sterren markeert een cruciale overgang in de geschiedenis van het universum, waarbij de oer-omstandigheden zoals die door de oerknal gecreëerd waren, plaats maakten voor een toenemende kosmische complexiteit die uiteindelijk leidde tot planeten, leven en intelligente wezens zoals wij.”