Aldus sterrenkundige Frans Snik die er – beroepsmatig – een enorme afkeer van sterren op nahoudt.

Terwijl menig sterrenkundige in katzwijm valt bij het zien van een mooie foto van een rode dwerg of zonachtige ster, doet Snik er alles aan om die sterren en hun licht weg te poetsen. Het is namelijk de enige manier om leefbare planeten die zich in die zee van sterlicht verbergen, direct in beeld te krijgen. En dat kan gezien worden als een opmaat naar de heilige graal binnen de astronomie: het vinden van buitenaards leven. Want pas als we de planeten waarop dat buitenaardse leven kan ontstaan en floreren direct kunnen waarnemen, kunnen we op die planeten ook actief op jacht gaan naar tekenen van leven.

Recent ontdekten onderzoeker bij de dubbelster CS Cha een nieuwe begeleider die een eigen stofschijf lijkt te hebben. Mogelijk gaat het om een planeet die nog in de groei is. Afbeelding: C. Ginski & SPHERE.

Exoplaneten
In de jaren negentig werd de eerste exoplaneet – dat wil zeggen: een planeet buiten ons zonnestelsel – ontdekt. Inmiddels hebben onderzoekers er meer dan 3700 gevonden. Maar slechts een fractie daarvan hebben we direct waargenomen. “Tot op heden hebben we enkele tientallen exoplaneten direct gezien,” vertelt Snik. Meer dan 97% van de ontdekte exoplaneten is dus indirect gedetecteerd (zie kader). Hun bestaan wordt afgeleid uit het licht van hun moederster.

De meeste exoplaneten worden ontdekt wanneer ze voor hun ster langsbewegen. Hierbij wordt er met telescopen langdurig naar een ster gekeken in de hoop dat de helderheid van die ster regelmatig een heel klein beetje afneemt. Regelmatige dipjes in de helderheid van een ster kunnen namelijk wijzen op de aanwezigheid van een planeet die zo af en toe tussen de ster en de telescoop langs beweegt en daarbij een deel van het sterlicht tegenhoudt. Daarnaast kan de aanwezigheid van een planeet ook worden afgeleid uit de bewegingen van een ster. Zo kan een ster (een beetje overdreven gezegd) aan het wiebelen worden gebracht doordat een planeet die rond de ster cirkelt met zijn zwaartekracht aan de ster trekt.

Dat er nog maar zo weinig exoplaneten direct zijn waargenomen, is goed te verklaren. Het is namelijk heel moeilijk om exoplaneten goed in beeld te krijgen. Met name het licht van de moederster zit enorm in de weg. “De ster is geen simpel pixeltje licht,” legt Snik uit. “Er zit een enorme halo omheen.” En die halo slokt de omringende planeten – zeker als zij dicht bij hun moederster in de buurt staan – op. “Vergelijk het met het in beeld brengen van een vuurvliegje naast een vuurtoren. En dan is het in beeld brengen van een exoplaneet die nabij de moederster staat nog een factor 1000 moeilijker.”

Een opname van de planeet GJ504b. Afbeelding: NASA’s Goddard Space Flight Center / NAOJ.

Grote telescoop
Maar dat wil niet zeggen dat het onmogelijk is om een planeet direct waar te nemen. “Allereerst heb je een grote telescoop nodig,” vertelt Snik. “Hoe groter de telescoop, hoe dichter je naast zo’n ster kunt kijken.” Op dit moment hebben we al vrij grote telescopen. Denk bijvoorbeeld aan het exemplaar in Chili dat de heel toepasselijke naam Very Large Telescope draagt. Deze telescoop heeft een spiegel met een diameter van zo’n 8 meter. En er wordt al gewerkt aan een opvolger: de Extremely Large Telescope. Dit wordt met een spiegel die 39 meter(!) breed is de grootste telescoop die de mensheid ooit heeft gebouwd. Het is natuurlijk prachtig, zo’n krachtige telescoop. Maar er is één nadeel: hij staat op aarde. En dat betekent dat hij door de atmosfeer moet kijken en dat komt de beeldkwaliteit niet ten goede. Tenzij we het effect van de atmosfeer kunnen compenseren. En dat kan, met adaptieve optica. “Hierbij wordt een speciaal vervormbare spiegel een paar duizend keer per seconde vervormd.” Maar dat probleem is nog maar net opgelost of een nieuwe uitdaging dient zich aan. Want nu kunnen we met deze telescopen dicht naast de ster kijken en ook vrij scherpe beelden maken, maar het verfoeide sterlicht zit nog wel in de weg. “Rond de ster zit nog steeds een halo,” aldus Snik. Maar daar hebben sterrenkundigen wat op bedacht: ze ontwikkelden een zogenoemde coronagraaf die het sterlicht op verschillende golflengtes kan wegfilteren (zie afbeelding hieronder).

Afbeelding: Leiden University / University of Arizona.

Het is prachtig. Maar dan zijn we er nog niet. “Er blijft altijd wat sterlicht achter en dat moeten we vervolgens kunnen onderscheiden van het licht dat de planeet reflecteert.” En daarvoor kijken onderzoekers dan naar het spectrum en de polarisatie, oftewel trillingsrichting van het licht. “Als we al die technieken combineren kunnen we exoplaneten direct waarnemen,” besluit Snik. En wat zien we – na al die moeite – dan precies? Een lichtpuntje.


Hier zie je vier planeten – groter dan Jupiter – rond de ster HR 8799 cirkelen. De planeten doen er enkele decennia tot eeuwen over om een rondje rond hun ster te voltooien. Het systeem bevindt zich op zo’n 130 lichtjaar afstand.

Dat lijkt misschien wat teleurstellend, maar onderzoekers kunnen daar een hele hoop mee, zo vertelt Snik. “Aan de hand van die pixel licht kunnen wij achterhalen wat er in de atmosfeer zit.” En dat niet alleen: de pixel kan zelfs onthullen hoe het oppervlak van de planeet er in grove lijnen uitziet. Want wat we in feite zien, is een weerkaatsing van het licht van de moederster. En een oceaan reflecteert dat licht weer net iets anders dan een continent. “Aan de hand van het spectrum en de polarisatie van het licht kunnen we, terwijl de planeet om zijn as draait, achterhalen of er oceanen en continenten zijn.”

Een artistieke impressie van Proxima b: de planeet cirkelt rond de dichtstbijzijnde ster, op zo’n 4 lichtjaar afstand van de aarde. De planeet is nog niet direct waargenomen. Afbeelding: ESO / M. Kornmesser.

Signalen van leven
Het gaat ongetwijfeld leiden tot fantastische, tot de verbeelding sprekende artistieke impressies. Maar misschien nog wel veel interessanter is wat deze pixel licht ons kan vertellen over de atmosfeer van de exoplaneet. Want die atmosfeer is de ideale plek om te zoeken naar eventuele tekenen van leven. Zo getuigt onze aardse atmosfeer van de aanwezigheid van leven doordat deze hoge concentraties zuurstof bevat die gegenereerd worden door onder meer bossen en cyanobacteriën. Op vergelijkbare wijze zou een element als zuurstof ook in een buitenaardse atmosfeer kunnen wijzen op de aanwezigheid van leven. Helemaal waterdicht is die redenering echter niet; zo kan het UV-licht van sterren ook moleculair zuurstof genereren in de atmosfeer van een planeet.f Het betekent heel concreet dat de aanwezigheid van zuurstof dus nog niet keihard bewijst dat er op een planeet leven is. Wat ons bij een interessante vraag brengt: kan een pixel licht met doorslaggevend bewijs op de proppen komen dat er op een planeet op meerdere lichtjaren van ons vandaan leven is? Snik denkt van wel. “De trillingsrichting van licht – oftewel de polarisatie – kan ook een kurkentrekker-achtige vorm aan nemen. We spreken dan van circulaire polarisatie en deze is gerelateerd aan complexe moleculen, zoals aminozuren (bouwblokken van leven, red.) en suikers. Deze moleculen zijn er in twee varianten: rechts- en linksdraaiend. Als je suikers maakt in het lab, creëer je steevast evenveel rechts- als linksdraaiende suikers. Maar wat blijkt nu: bij levende dingen – zoals bladeren en blauwalgen – wordt die symmetrie verbroken en het licht dat zij reflecteren is een beetje circulair gepolariseerd.”

Hoe kunnen we van een afstandje vaststellen of een planeet leven herbergt of niet? Daar wordt vanaf het dak van de VU Amsterdam momenteel onderzoek naar gedaan. Afbeelding: Lucas Patty.

Experimenten op aarde wijzen uit dat we op deze manier vanaf een afstandje levend en niet levend materiaal van elkaar kunnen onderscheiden. “Een promovendus doet daar momenteel vanaf het dak van de VU Amsterdam onderzoek naar en kijkt daarbij bijvoorbeeld naar omringende bomen,” vertelt Snik. “En hij kan met zekerheid zeggen dat die bomen leven.” Een eindje verderop gelegen sportvelden gaven echter geen teken van leven. “Dus is hij ernaartoe gegaan en jawel, ze bleken kunstgras te hebben.” De aanpak werkt dus. In ieder geval op aarde. Maar het onderzoek staat nog in de kinderschoenen. “We willen deze techniek nu op grotere afstand en voor de hele aarde gaan testen. Maar daarvoor moet de apparatuur op het ISS of een satelliet worden geschroefd of op de maan worden gezet. Dit soort metingen is echt cruciaal; we hebben wel modellen die voorspellen hoe de aarde er van een afstandje uitziet, maar die kunnen we met de huidige satellieten niet valideren.” En pas als we weten hoe een levende planeet er van een afstandje uitziet, kunnen we – gewapend met de juiste instrumenten – de jacht openen op planeten die vergelijkbare signalen afgeven.

Proxima b
Terwijl onderzoekers zo grip proberen te krijgen op hoe het leven zich manifesteren kan, gaat de bouw van de Extremely Large Telescope stug door. De telescoop moet in 2024 de ogen openen. Kort daarvoor – in 2020 – zal de James Webb Space Telescope, de krachtigste ruimtetelescoop ooit gebouwd, het luchtruim kiezen. Snik hoeft niet lang na te denken als we hem vragen op welke planeet hij met behulp van dit soort krachtige instrumenten het liefst een blik wil werpen. “Proxima b. Deze planeet is alleen nog maar indirect waargenomen en bevindt zich in de leefbare zone. Dus als er water is, is het vloeibaar. We denken wel dat er moeilijk leven kan ontstaan, omdat de moederster heftige sterrenvlammen produceert, maar dit zijn wel onze buren, hè? Dus als er leven kan zijn, wil ik het zien.”

Proxima b cirkelt rond een rode dwergster. Afbeelding: ESO / M. Kornmesser.

Het brengt ons bij de grote vraag waar het uiteindelijk natuurlijk allemaal om draait: ís er buitenaards leven? “Ik heb daar meerdere weddenschappen over lopen,” vertelt Snik. “Ik denk dat wij de ontdekking ervan nog wel gaan meemaken; binnen twintig tot dertig jaar vinden wij duidelijke tekenen van leven op een andere planeet. In de scherpste weddenschap die ik heb afgesloten, stel ik zelfs dat we eerder buitenaards leven vinden dan dat er mensen op Mars rondlopen.” Bij de term ‘buitenaards leven’ moet je trouwens niet direct denken aan intelligente aliens. “Als we naar de geschiedenis van de aarde kijken, zien we dat min of meer intelligent leven eigenlijk iets is van de laatste 10.000 jaar. Dat betekent dat de aarde miljarden jaren gedomineerd werd door eencelligen die niets anders deden dan zuurstof produceren. Als we tekenen van buitenaards leven vinden, denk ik dan ook dat het om primitief leven zal gaan. Maar zelfs dat zou natuurlijk de ontdekking van de eeuw zijn.”

Frontiers of Astronomy
Wil je Frans Snik nog veel meer horen vertellen over de zoektocht naar buitenaards leven en de geavanceerde optische technieken die hij daarvoor ontwikkelt? Kom dan naar de Frontiers of Astronomy (6-10 augustus 2018). Tijdens deze week vertellen vooraanstaande bèta-wetenschappers zoals Snik over nieuwe inzichten op het gebied van astronomie, nieuwe vragen die daaruit voortkomen en de grenzen van onze huidige kennis. Naast Snik komen onder andere Marcel Vonk, Vincent Icke en Henk Hoekstra aan het woord. Vonk zal meer vertellen over zwarte gaten en snaartheorie, terwijl Icke beschrijft hoe het goud in onze ringen en kettingen afkomstig is van brute botsingen tussen neutronensterren. Hoekstra gaat dieper in op misschien wel het grootste raadsel van het heelal: het donkere spul waarmee 95% van de kosmos gevuld is. Nieuwsgierig geworden? Bekijk het complete programma hier!