De liefhebber van de sterrenkunde zit voorlopig nog wel even op het puntje van zijn of haar stoel. Want er komen revolutionaire ontdekkingen aan.

Het zijn spannende tijden in de sterrenkunde. Met de krachtigste telescopen van dit moment wordt de ene na de andere ontdekking gedaan. Astronomen ontdekken bijzondere sterren, nieuwe exoplaneten (waaronder potentieel leefbare exemplaren) en krijgen gaandeweg meer inzicht in de oorsprong van zonnestelsels, sterrenstelsels en het universum als geheel. Kan dit onderzoeksveld nog opwindender worden? Absoluut, denkt Tim de Zeeuw, astronoom en directeur-generaal van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO). Want de instrumenten waarmee we nu al die grootse ontdekkingen doen, verbleken bij de volgende generatie telescopen die de komende decennia hun ogen gaan openen. Eén van die telescopen is de Extremely Large Telescope (ELT), die ESO momenteel in de Atacama-woestijn aan het bouwen is. Het is de grootste optische/nabij-infraroodtelescoop ter wereld, gemaakt om het onvoorstelbare te ontdekken.

De doelstellingen
De Extremely Large Telescope krijgt een primaire spiegel met een diameter van zo’n 39 meter. “Het is een heel gecompliceerd systeem,” vertelt De Zeeuw aan Scientias.nl. “Die hoofdspiegel bestaat uit 798 segmenten en die moeten samen een perfecte spiegel vormen.” Als dat lukt, is deze telescoop tot grootse dingen in staat. “We hebben drie topdoelen,” vertelt De Zeeuw.

Gluren in de atmosfeer van exoplaneten, zoals TRAPPIST-1b en -1c: ELT kan het. Afbeelding: NASA / ESA / STScI / J. de Wit (MIT).

1. “Het belangrijkste doel: proberen om de eigenschappen van de atmosferen van aardachtige planeten te meten.” Zoals gezegd zijn de afgelopen jaren tal van exoplaneten ontdekt. Sommige van deze exoplaneten lijken op het eerste gezicht prima in staat te zijn om leven te herbergen. Maar schijn kan bedriegen en daarom staan onderzoekers te popelen om de leefbaarheid van deze exoplaneten aan nader onderzoek te onderwerpen. Eén van de manieren waarop we na kunnen gaan of planeten werkelijk zo leefbaar zijn als ze lijken, is door hun atmosfeer te bestuderen. “We kunnen in die atmosfeer bijvoorbeeld op zoek gaan naar zuurstof, ozon en methaan, kortom: elementen die kunnen wijzen op de aanwezigheid van water en/of biologische activiteit.” Met de huidige telescopen is het lastig om de atmosfeer van verre exoplaneten te ontrafelen. “De planeten zijn klein en reflecteren weinig licht. Bovendien lijken ze – door de grote afstand tussen ons en de exoplaneten – heel dicht bij hun ster te staan. Het is alsof je meer te weten wil komen over een zandkorreltje dat naast een vuurtoren zweeft.” Maar de ELT is krachtig genoeg om de geheimen van deze buitenaardse atmosferen te ontrafelen en dus meer richting te geven aan de zoektocht naar buitenaards leven.

2. Daarnaast zal de telescoop in staat zijn om verder dan ooit van zich af te kijken. “De ELT zal zelfs de zwakke lichtpuntjes aan de rand van het zichtbare heelal kunnen waarnemen. Dat zijn lichtbronnen die 13 miljard lichtjaar ver weg staan. Dat betekent dat het licht van die lichtbronnen er 13 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken en we dus dingen zien uit de begintijd van het universum.” Naar verwachting kan de ELT ons dan ook meer vertellen over de eerste sterren en sterrenstelsels die kort na de oerknal ontstonden en dus een licht werpen op de evolutie van het universum.

Een artistieke impressie van de hoofdspiegel van de ELT, gebaseerd op het gedetailleerde bouwontwerp van de telescoop. Afbeelding: ESO / L. Calçada / ACe Consortium.

3. “Wat ik persoonlijk heel interessant vind, is dat de ELT ook in staat zal zijn om het licht van nabije sterrenstelsels op te splitsen in het licht van individuele sterren. Als je op een heldere avond naar boven kijkt, zie je soms een klein stukje van de Melkweg aan de hemel staan. Het lijkt een soort wazige band te zijn. Zo’n 400 jaar geleden richtte Galileo zijn telescoop op die wazige band en zag dat deze uit heel veel sterren bestaat: zoveel sterren dat het een wolk lijkt te zijn.” Tegenwoordig weten we dat er wel 100 miljard van zulke sterrenstelsels zijn. “En als we met de ELT naar de sterrenstelsels in onze nabije omgeving kijken, moeten we de individuele sterren kunnen zien. Zo kunnen we meer leren over hoe Melkwegstelsels in onze eigen achtertuin gevormd zijn. Het is misschien niet zo sexy als afgelegen objecten of exoplaneten, maar wel heel interessant.”

Naast deze drie hoofddoelen verwachten onderzoekers dat ELT en passant tot nog veel meer nieuwe inzichten gaat leiden. En misschien zelfs wel ontdekkingen doet waar we ons op dit moment nog niet eens een voorstelling van kunnen maken.

In de woestijn

De Extremely Large Telescope verrijst in Chili, in zo ongeveer de droogste woestijn op aarde. Daar is vanzelfsprekend goed over nagedacht. “Negentig procent van de dagen is er in dit gebied geen wolkje aan de lucht. De nachthemel is dus bijna altijd kraakhelder. Bovendien wonen er geen mensen in dit gebied, waardoor het er ‘s nachts goed donker is.”

ELT en James Webb
Terwijl in de Atacama-woestijn (zie kader) hard gewerkt wordt aan de ELT – die in 2024 de ogen moet openen – wordt ook elders ter wereld gewerkt aan betere, krachtigere telescopen. Het bekendste voorbeeld is ongetwijfeld de James Webb-ruimtetelescoop die in 2018 het luchtruim kiest en gezien wordt als de opvolger van Hubble. De doelstellingen van de ruimtetelescoop overlappen grotendeels met die van de ELT. Toch zitten de twee niet in elkaars vaarwater, zo benadrukt De Zeeuw. “Laat ik Hubble als voorbeeld nemen. De telescoop maakt prachtige, scherpe beelden en wordt niet beïnvloed door turbulentie in de atmosfeer.” Maar astronomen nemen geen genoegen met foto’s alleen. “Je wilt het licht ook vanaf de grond meten en uiteenrafelen, objecten eens wat langer belichten, een spectrum nemen en iets kunnen zeggen over de samenstelling van materiaal of gas. En daarvoor heb je op dit moment de 8- tot 10-meter-telescopen op aarde nodig. Ze vullen Hubble aan.” Op vergelijkbare wijze zal de ELT een aanvulling vormen op James Webb. “De James Webb-telescope gaat ongetwijfeld prachtige beelden maken. Maar het zal veel werk zijn om de objecten die James Webb vindt onder andere vanaf de grond nader te bestuderen. En daar ligt een belangrijke rol voor ELT.” Daarom is het ook zo belangrijk dat de bouw van de ELT op schema blijft. “Met een beetje geluk is de telescoop in 2024 klaar. Dan vliegt James Webb nog en kunnen we ons nog buigen over nieuwe vervolgvragen die de ruimtetelescoop oproept.”

“De kans dat we met deze telescoop indicaties van buitenaards leven gaan vinden is wel wat waard”

De kosten
Aan zo’n krachtige telescoop hangt vanzelfsprekend een prijskaartje. Iets meer dan 1 miljard euro is met de bouw van de ELT gemoeid. “Het is absoluut veel geld,” vindt De Zeeuw. “Maar je kunt ook zeggen dat het wel meevalt. Ter vergelijking: de grote deeltjesversneller van CERN heeft 6-8 miljard gekost.” Grote vraag is natuurlijk of de ELT dat geld waard is. De Zeeuw twijfelt daar niet aan. “De wetenschappelijke pay-off is enorm. En de kans dat we met deze telescoop indicaties van buitenaards leven gaan vinden is wel wat waard. Dit soort onderwerpen ontstijgt de wetenschap en de sterrenkunde.”

Veel van de vragen die astronomen nu aan de hand van nieuwe waarnemingen bedenken, blijven voorlopig onbeantwoord. Pas met behulp van extreem grote telescopen zullen we de grote mysteries in het universum, kunnen beginnen te ontrafelen. Met de komst van die telescopen zijn we werkelijk klaar voor de spannende toekomst die de sterrenkunde te wachten staat. “Met de ELT maken we een enorme sprong in beeldscherpte en lichtgevoeligheid,” stelt De Zeeuw. “De diameter van de hoofdspiegel is een factor 4 tot 5 groter (dan bestaande vergelijkbare telescopen, red.) en het oppervlak is een factor 25 groter. Dat zijn enorme sprongen: groter dan de sprong die Galileo 400 jaar geleden maakte toen hij zijn telescoop voor het eerst op de hemel richtte. De ELT is dan ook goed voor een aantal decennia grensverleggend onderzoek.”