Deze film neemt je mee op reis...
...een reis door tijd en ruimte.
Dit is het verhaal van een instrument dat ons dichter bij de uiterste grenzen
van tijd en ruimte heeft gebracht, en onze kennis van sterrenhemel
en heelal enorm heeft vergroot.
ESA PRESENTEERT
Hubble - 15 jaar ontdekkingen
HET HUBBLE-VERHAAL
Als we naar de heldere avondhemel kijken, zien we fonkelende sterren.
Hun licht heeft enorme afstanden afgelegd om ons te kunnen bereiken.
Maar eigenlijk fonkelen sterren helemaal niet...
Het heelal is mooi doorzichtig.
Het licht van verre sterren en melkwegstelsels kan vrijwel onverstoord duizenden,
miljoenen of zelfs miljarden jaren voortgaan.
Maar dan, in de laatste paar microseconden voordat hun licht onze ogen bereikt,
wordt het zicht op die sterren en melkwegstelsels gehinderd.
Dat komt doordat het licht ten slotte de steeds veranderende lagen van lucht,
waterdamp en stof in onze atmosfeer moet passeren.
Daarom droomden sterrenkundigen overal ter wereld al heel lang van een sterrenwacht in de ruimte.
Al in 1923 stelde de befaamde Duitse raketwetenschapper Hermann Oberth voor een telescoop in de ruimte te brengen.
Het zou echter nog tientallen jaren duren voordat dit technologisch mogelijk werd.
In 1946 bedacht de Amerikaan Lyman Spitzer een realistischer plan voor een ruimtetelescoop.
Vanuit een positie in de ruimte, boven de aardatmosfeer, zou een telescoop in staat zijn het licht
van sterren en andere objecten te detecteren vóórdat het door de lucht werd verstoord.
Het resultaat: veel scherpere beelden dan zelfs de grootste telescopen op aarde kunnen maken;
beelden waarvan de scherpte slechts door de kwaliteit van de optiek werd bepaald.
In de jaren zeventig begonnen de Amerikaanse en Europese ruimtevaartagentschappen NASA en ESA
gezamenlijk plannen te maken voor wat later de Hubble-ruimtetelescoop zou worden.
De naam is een eerbetoon aan Edwin Powell Hubble – de vader van de moderne kosmologie –
die in de jaren twintig van de afgelopen eeuw vaststelde dat niet alles wat we aan de hemel zien tot ons Melkwegstelsel behoort.
Het heelal is veel, veel groter.
Door Hubble zijn onze ideeën over de plaats van de mensheid in het heelal voorgoed veranderd;
een betere naam voor de beste telescoop aller tijden was nauwelijks denkbaar.
De bouw van Hubble is het resultaat van twintig jaar samenwerking tussen wetenschappers,
technici en aannemers uit tal van landen.
Op 24 april 1990 begonnen vijf astronauten aan boord van het ruimteveer Discovery aan een reis
die onze kijk op het heelal voorgoed zou veranderen.
Ze brachten de langverwachte ruimtetelescoop in een baan op ruwweg 600 km boven het aardoppervlak.
Op aarde wachtten de sterrenkundigen ongeduldig op de eerste resultaten...
Maar nog geen twee maanden later werd duidelijk dat Hubble’s blik helemaal niet zo scherp was.
Er zat een ernstige fout in de hoofdspiegel.
Een afwijking in de vorm van de spiegel voorkwam dat Hubble scherpe beelden kon maken.
De rand van de spiegel was te vlak: een vijftigste deel van een haarbreedte slechts,
maar om zijn missie te laten slagen moest Hubble tot in de kleinste details volmaakt zijn...
De teleurstelling was groot. En niet alleen bij sterrenkundigen,
ook bij de Amerikaanse en Europese belastingbetalers...
In de jaren die volgden bedachten en bouwden
wetenschappers en technici van NASA en ESA
een corrigerend optisch systeem, dat Hubble alsnog een scherpe blik zou geven: COSTAR.
(Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement).
De bazen van Hubble stonden nu voor een moeilijke beslissing:
welk wetenschappelijk instrument van de ruimtetelescoop
zou plaats moeten maken voor COSTAR?
Uiteindelijk viel de keus op de ‘High Speed Photometer’.
De eerste onderhoudsbeurt van Hubble, in 1993,
wordt gezien als een hoogtepunt in de geschiedenis van de ruimtevaart.
Nooit meer zou een missie van het ruimteveer zo veel aandacht
krijgen van zowel sterrenkundigen als het grote publiek.
De zorgvuldig voorbereide en briljant uitgevoerde missie was in alle opzichten succesvol.
COSTAR corrigeerde Hubble’s gezichtsvermogen nog beter dan men had durven hopen.
Toen de eerste beelden na de onderhoudsbeurt op de beeldschermen verschenen,
bleek onmiddellijk dat de ‘bril’ die de astronauten hadden meegebracht Hubble’s bijziendheid helemaal goed maakte.
Hubble kon eindelijk aan de slag!
Het was voor het eerst dat het ruimteveer Hubble bezocht.
De telescoop was zo ontworpen dat hij gemoderniseerd kon worden.
Als er geavanceerdere instrumenten, elektrische of mechanische componenten beschikbaar kwamen, kon men deze later installeren.
Hubble moet, net als een auto, af en toe eens worden bijgesteld.
Daarom wordt regelmatig een ruimteveer naar Hubble gestuurd, zodat astronauten met sleutels,
schroevendraaiers en ander gereedschap aan de slag kunnen, net zoals een automonteur dat zou doen.
Alles bij elkaar zijn er vier van die onderhoudsbeurten geweest – in 1993, 1997, 1999 en 2002 –
steeds uitgevoerd door astronauten in een ruimteveer van NASA. De volgende zou in 2005 plaatsvinden,
maar deze is na het tragische ongeluk met het ruimteveer Columbia helaas geschrapt.
De toekomst van Hubble is onzeker.
Hij is ontworpen voor een levensduur van 15 jaar, maar dat is nu verlengd tot 20 jaar.
Hubble levert nog steeds de meest verbluffende resultaten op,
ooit zal er een einde komen aan Hubble’s belangrijke missie.
Mogelijk wordt er dan een robotsonde aan Hubble gekoppeld worden.
Bij vertrek zou de robot zelfs een raketmodule kunnen achterlaten waarmee men Hubble,
na nog enkele jaren van vruchtbaar onderzoek,
gecontroleerd in de aardatmosfeer kan brengen
en naar zijn laatste rustplaats laten vallen: de oceaan.
Het einde van de Hubble-ruimtetelescoop zal echter
echter nog niet het einde betekenen van onze ongeëvenaarde blik op het heelal.
Het zal eerder het begin zijn van een nieuw tijdperk van verbluffende ontdekkingen en beelden uit de ruimte.
Want Hubble heeft een opvolger.
Op dit moment wordt hard gewerkt aan het ontwerp van de James-Webb-ruimtetelescoop,
die mogelijk al in 2011 wordt gelanceerd.
Met dit instrument hopen wetenschappers
nog meer te ontdekken over ons fascinerende heelal.
HUBBLE VAN DICHTBIJ
De Hubble-ruimtetelescoop draait op een hoogte van bijna 600 km,
ruim boven de verstorende atmosfeer, in een baan om de aarde.
Elke omloop duurt ongeveer 97 minuten.
Hij is ontworpen om zeer gedetailleerde opnamen en nauwkeurige spectra te maken,
door sterren scherper af te beelden dan mogelijk is vanaf de grond, waar het atmosferische ‘fonkelen’ van de sterren het zicht verstoort.
Om zo veel mogelijk licht van zwakke onderzoeksobjecten te verzamelen,
moet een telescoop een zo groot mogelijke spiegel hebben.
Hoewel Hubble’s spiegel met 2,4 meter van bescheiden omvang is,
kan hij zich meten met telescopen op aarde die een 10 of 20 keer zo grote omvang hebben.
Met zijn lengte van 16 meter heeft Hubble de afmetingen van een kleine bus.
Hij is een van de meest ingewikkelde apparaten die ooit gebouwd zijn.
De ruimtetelescoop bevat meer dan 3000 sensoren,
die voortdurend alles in de gaten houden,
zodat de technici op aarde alles in de gaten kunnen houden.
Tijd is Hubble’s kostbaarste bezit.
Sterrenkundigen overal ter wereld vragen vaak meer waarneemtijd aan dan beschikbaar is.
Hubble 24 uur per dag in bedrijf houden is geen eenvoudige opgave.
Er mag geen seconde verloren gaan en alle taken – waarnemingen, maar ook ‘huishoudelijke’ zaken zoals het richten van de
telescoop of het uploaden van nieuwe waarneemschema’s – moeten nauwgezet gepland worden.
Voor sterrenkundigen zijn de wetenschappelijke instrumenten van Hubble het belangrijkst.
Er zitten twee groepen instrumenten in Hubble, hier en hier.
De verschillende instrumenten hebben verschillende doelen – sommige zijn heel goed in het vastleggen van beelden,
andere juist in het ontleden van het licht dat sterren en melkwegstelsels uitzenden door dit in een regenboogachtig spectrum te ontrafelen.
Hubble’s unieke uitkijkpunt in de ruimte stelt hem in staat om infrarood en ultraviolet licht waar te nemen,
dat door de atmosfeer wordt weggefilterd voordat het de telescopen op aarde kan bereiken.
Deze soorten licht tonen eigenschappen van hemelobjecten die we anders niet kunnen zien.
Sommige instrumenten, zoals de geavanceerde camera ACS, zijn meer geschikt voor ultraviolet-waarnemingen,
andere, zoals de gecombineerde camera en spectrograaf NICMOS, meer voor infrarood-waarnemingen.
Hubble functioneert met behulp van een aantal mechanische en elektrische componenten.
De benodigde energie is afkomstig van twee zonnepanelen, die zonlicht in elektriciteit omzetten.
Gyroscopen, stercamera’s en reactiewielen houden Hubble enerzijds stabiel en van zon, maan of aarde af gericht –
omdat deze de lichtgevoelige instrumenten zouden stukmaken –
en anderzijds uren achtereen op het gewenste onderzoeksobject gericht.
Hubble is voorzien van communicatie-antennes, waarmee waarnemingen en andere gegevens naar de aarde worden gezonden.
Eerst zendt Hubble de gegevens naar een satelliet van het ‘Tracking and Data Relay Satellite System’,
dat ze vervolgens doorzendt naar White Sands, New Mexico.
Ten slottte zendt NASA de gegevens van de Verenigde Staten naar Europa,
waar ze in een enorm gegevensarchief in München worden opgeslagen.
Geen enkel land kan z’n enorm project in zijn eentje uitvoeren.
Hubble is al vanaf het begin een samenwerkingsproject
van de Amerikaanse en Europese ruimtevaartagentschappen NASA en ESA.
Hubble is van groot belang geweest voor de Europese sterrenkunde.
Europese sterrenkundigen kunnen beschikken over 15% van de waarneemtijd,
wat in de loop van de jaren duizenden wetenschappelijke publicaties heeft opgeleverd.
Twee groepen van Europese deskundigen zijn met Hubble bezig.
Vijftien mensen van ESA werken momenteel bij het Space Telescope Science Institute in de VS,
en twintig anderen vormen de Space Telescope-European Coordinating Facility in München, Duitsland.
HET VERHAAL VAN DE PLANETEN
De ruimte kent geen grenzen.
Onze naaste verwanten in dit grote heelal zijn de objecten van ons zonnestelsel.
We hebben dezelfde oorsprong en dezelfde bestemming...
Ons zonnestelsel is ongeveer vier en een half miljard jaar geleden ontstaan uit een reusachtige gaswolk.
Het klinkt merkwaardig, maar de directe aanleiding voor ons ontstaan
was de dodelijke kracht van de thermonucleaire explosie van een nabije ster...
De verwoestende kracht van de explosie heeft het wankele evenwicht in de oorspronkelijke gaswolk verstoord,
waardoor een deel van de materie zich samenbalde en ineenstortte tot een nieuwe ster: onze zon.
Een klein deel van de samenballende materie vormde de huidige grote verscheidenheid aan planeten om ons heen.
We zijn dus eigenlijk slechts overblijfselen van de geboorte van onze zon.
De planeten zijn geboren in de draaiende schijf van stof en gas die achterbleef toen onze moederster was ontstaan.
In het binnenste gedeelte van het zonnestelsel ontstonden de vaste planeten, terwijl de mysterieuze gasreuzen verderop gevormd werden.
Toen er een hevige wind van stukgeslagen atomen begon te waaien –
afkomstig van de zon of anders van naburige hete sterren of een nabije supernova –
konden alleen de grootste planeten hun gasvormige omhulsel vasthouden en werden
de laatste gasflarden tussen de planeten weggeblazen.
In de kosmische dierentuin van ons zonnestelsel heb je dus vaste, rotsachtige werelden...
… en reusachtige gasplaneten.
Zelfs nu weten we nog niet precies hoeveel materie er in ons zonnestelsel zit; zelf het exacte aantal planeten staat nog niet vast.
Sinds de ontdekking van Pluto, in 1930, en zijn maan Charon, in 1978,
proberen sterrenkundigen erachter te komen of er voorbij die negende planeet nog meer te vinden is.
In 2003 ontdekte Hubble een object dat zich ten opzichte van de verre
achtergrondsterren snel genoeg verplaatste om tot ons zonnestelsel te behoren.
Schattingen van de omvang van het object, dat Sedna is genoemd, geven aan dat het ongeveer groot genoeg is voor een planeet.
Sedna heeft een middellijn van misschien wel 1500 km (ongeveer driekwart van de grootte van Pluto),
maar is zo ver weg dat zelfs Hubble haar slechts als een klein kluitje beeldpunten ziet.
Toch is dit het grootste object dat in het zonnestelsel ontdekt is sinds Pluto.
De zon is ongeveer 15 miljard km van Sedna verwijderd
– 100 keer de afstand zon-aarde –
en geeft daar maar net zo veel licht en warmte als de volle maan.
Op Sedna heerst dus altijd een winterse duisternis...
Sedna is niet het enige mysterieuze object daar.
Overal zwerft nog veel puin rond van het ontstaan van de planeten:
planetoïden en kometen in allerlei soorten en maten.
Soms zijn deze objecten bij catastrofale botsingen betrokken...
De Hubble-ruimtetelescoop was getuige van de laatste dagen van de komeet Shoemaker-Levy 9...
Toen deze in de zomer van 1992 dicht in de buurt van Jupiter kwam, werd hij door de zwaartekracht van de planeet uit elkaar getrokken.
Bij hun volgende ontmoeting, twee jaar later, zijn de talrijke brokstukken in de atmosfeer van Jupiter gestort.
Hubble heeft de komeetfragmenten tijdens hun laatste reis waargenomen en verbluffende,
gedetailleerde beelden van hun inslagplekken gemaakt. Deze zwarte plekken zijn groter dan onze planeet aarde...
Regelmatig worden ruimtesondes met geavanceerde instrumenten naar de planeten van ons zonnestelsel gestuurd.
Zij onderzoeken deze verre werelden van nabij.
Hubble draagt zijn eigen unieke steentje bij, door een venster op het zonnestelsel te openen dat nooit dichtgaat.
Zo zijn we aan die weergaloze beelden gekomen van stormen op andere planeten,
… van hun veranderende seizoenen,
… en van andere atmosferische verschijnselen, zoals de poollichten,
die we op aarde kennen als het Noorder- en Zuiderlicht.
Hoewel het zonnestelsel ongetwijfeld nog meer verrassingen in petto heeft,
kijkt Hubble ook uit naar planetenstelsels bij andere sterren.
Sterrenkundigen zijn bezig met een speurtocht naar leven elders in het heelal.
Om te beginnen zoeken ze naar planeten die op onze aarde lijken.
In 2001 detecteerde Hubble voor het eerst de atmosfeer van een planeet
bij een andere ster en kon hij deels de samenstelling ervan bepalen.
Metingen van de scheikundige samenstelling van de atmosferen van verre planeten
zullen ons ooit in staat stellen tekenen van leven op te sporen. Alles wat leeft haalt adem en laat
duidelijk herkenbare sporen achter in de samenstelling van een atmosfeer.
Sterrenkundigen denken dat er bij vele sterren in het Melkwegstelsel planetenstelsels zoals het onze zijn.
Geboorte, leven, dood en wedergeboorte van sterren vormen een eindeloze
cyclus waarbij sterren, die uit gas en stof zijn geboren, miljoenen of miljarden jaren licht uitstralen,
sterven en terugkeren als gas en stof waaruit nieuwe sterren kunnen ontstaan.
De nevenproducten van deze kringlopen bestaan onder meer uit planeten
en uit scheikundige elementen die aan de basis staan van het leven.
En zo gaan er golven van leven door het onmetelijke heelal...
HET LEVEN VAN DE STERREN
Onze zon, de bron van levensenergie op aarde, is een ster.
Een volkomen onopvallende ster,
waarvan er nog miljarden andere zijn in ons Melkwegstelsel.
Een ster is niets anders dan een bol van gloeiend gas.
Deze ontstaat uit een samengeperste gaswolk en straalt in de loop van zijn bestaan voortdurend energie uit,
die afkomstig is van een onstuitbare reeks kernreacties die in zijn inwendige plaatsvinden.
De meeste sterren voegen waterstofatomen samen tot helium, iets dat door middel van kernfusie gebeurt –
hetzelfde proces dat ook achter de verwoestende kracht van een waterstofbom zit.
Eigenlijk zijn sterren niets anders dan fabrieken die lichtere elementen in zwaardere omzetten.
Ze blijven stralen zolang er ‘brandstof’ is.
Het leven van een ster begint dus rustig en verloopt heel geleidelijk, totdat er na vele miljoenen mensenlevens
een soms explosief einde aan komt. Maar hoe weten we dat eigenlijk?
Om de levenscyclus van een bepaald organisme op aarde te onderzoeken,
hoeven we niet het hele leven van één bepaald exemplaar te volgen.
In plaats daarvan kunnen we ook veel organismen tegelijk bekijken.
Daarmee krijgen we in één keer een overzicht van alle verschillende levensfasen.
Elk stadium in het leven van bijvoorbeeld een mens kan worden gezien
als een momentopname van het menselijke bestaan. En met sterren is dat niet anders...
Sterren bestaan miljoenen of zelfs miljarden jaren.
Zelfs de kortst levende sterren stralen minstens een miljoen jaar
– langer dan de hele geschiedenis van de mensheid!
En daarom komt het niet vaak voor dat we getuige zijn van het verouderingsproces van afzonderlijke sterren.
Om meer over sterren te weten te komen,
moeten we sterren in allerlei levensstadia bestuderen,
zodat we daaruit de hele cyclus van geboorte tot dood kunnen reconstrueren.
De prachtige Hubble-foto’s geven een kleurrijk overzicht
van de tumultueuze geboorte van sterren.
De geboorte van sterren in naburige ‘kraamkamers’ kan worden gebruikt als een tijdmachine
die ons toont wat zich tijdens de geboorte van ons eigen zonnestelsel heeft afgespeeld.
Hubble heeft vaak hard moeten werken voor deze informatie, omdat deze belangrijke aanwijzingen over onze oorsprong schuilgaan
achter de sluiers van zacht gloeiende, stofrijke moleculaire wolken waarin sterren ontstaan.
Ook nu nog ontstaan er overal in het heelal nieuwe sterren.
Hun geboorteplaatsen worden gemarkeerd door enorme zuilen van stofrijk waterstofgas,
die in het licht van naburige pasgeboren sterren baden.
Hubble’s vermogen om infrarood licht waar te nemen stelt hem in staat
om door het stof en gas heen te kijken, zodat we pasgeboren sterren beter dan voorheen kunnen bekijken.
Een van de meest opwindende ontdekkingen die Hubble heeft gedaan,
was die van stofschijven rond enkele pasgeboren sterren die in de Orionnevel verborgen zitten.
Hier zien we echt nieuwe planeten ontstaan.
Net zoals dat vier en een half miljard jaar geleden in ons eigen zonnestelsel is gebeurd.
Tijdens hun eerste levensfasen verzamelen sterren gas uit hun oorspronkelijke geboortewolk.
De materie die op de ster valt, wordt heet en veroorzaakt bellen of zelfs
straalstromen die in dezelfde richting wijzen als de rotatieas van de ster.
Vaak ontstaan in zo’n wolk van gas en stof meerdere sterren tegelijk.
Sommige sterren blijven hun hele leven bij elkaar,
en maken dezelfde ontwikkeling door, net als twee oude schoolvrienden.
Maar vaak hebben de sterren in zo’n sterrenhoop wel dezelfde leeftijd, maar verschillende massa’s.
En dat betekent dat hen niet allemaal hetzelfde lot te wachten staat.
In vergelijking met een ster leeft een mens maar heel kort.
Dat we soms getuige zijn van de overgang tussen twee levensstadia van een ster is dus een kwestie van geluk.
In de vijftien zeer productieve jaren van zijn bestaan heeft Hubble enkele sterren werkelijk ouder zien worden.
De telescoop heeft zelfs opzienbare ‘filmpjes’ gemaakt die ons laten
zien hoe sommige sterren in korte tijd van aanzien kunnen veranderen.
De sterren met de meeste massa komen op catastrofale wijze aan hun einde:
ze verwoesten zichzelf in reusachtige explosies die supernovae worden genoemd.
Gedurende enkele maanden behoren ze dan tot de helderste objecten in het heelal en stralen
ze meer licht uit dan alle andere sterren van hun moederstelsel bij elkaar.
Al sinds zijn lancering in 1990 bestudeert Hubble de nasleep van supernova 1987A,
de meest nabije supernova van de afgelopen eeuwen.
De telescoop houdt de ring van gas in de gaten die rond de voormalige supernova is verschenen.
In de ring zijn heldere plekken verschenen, die een reusachtige ‘halsketting’ vormen.
Deze kosmische ‘parels’ lichten op door de supersonische schokgolven die bij de explosie van de ster vrijkwamen.
In de resten van een ontplofte ster gaat een krachtige motor schuil. Hubble heeft het geheimzinnige hart van de Krabnevel bestudeerd,
het rafelige overblijfsel van een sterexplosie die in het jaar 1054 door Chinese sterrenkundigen is waargenomen.
In het binnenste deel van deze nevel bevindt zich een bepaald soort ster, een pulsar.
Al draaiende zendt deze bundels van licht en energie uit.
Ook voorziet hij de grote omringende
nevel van stof en gas van energie.
Maar niet alle sterren eindigen hun leven zo heftig.
Sterren zoals onze zon koelen af zodra hun waterstof opraakt.
De kern van zo’n ster stort dan ineen, waarna de verbranding van zwaardere elementen begint,
die de buitenlagen van de ster sterk doet opzwellen.
In dit stadium wordt de ster een ‘rode reus’ genoemd.
Ook onze zon zal over een paar miljard jaar een rode reus worden.
Daarbij zal ze zo sterk opzwellen dat Mercurius, Venus en ook onze eigen planeet worden opgeslokt.
Maar daarmee is het leven van deze sterren nog niet voorbij. Ze veranderen in iets buitengewoons...
Kort voordat ze hun laatste adem uitblazen, vlammen sterren zoals onze zon nog éénmaal op.
Tijdens de laatste fasen van de kernfusie produceert de ster hevige sterrenwinden
die de rode reus tot enorme afmetingen doen opzwellen.
In het midden van deze opzwelling staat de naakte kern van de ster, die het gasvormige
omhulsel met zijn intense straling aan het gloeien brengt.
Omdat de telescoopwaarnemers van vroeger deze verbluffende objecten wel een beetje op de pas
ontdekte planeet Uranus vonden lijken, werden ze planetaire nevels genoemd.
De scherpe blik van Hubble heeft aangetoond dat het met planetaire nevels
net zo is als met vlinders: ze zijn allemaal verschillend.
Hubble’s verbluffende verzameling van planetaire nevels vertoont een grote vormenrijkdom:
molentjes, ronddraaiende straalstromen, elegante kelkvormen,
regentonvormen en zelfs raketuitlaten.
Dankzij zijn unieke positie hoog boven de verstorende atmosfeer is Hubble de enige telescoop
die de opgezwollen omhulsels van deze stervende sterren tot in detail kan waarnemen.
Hier zijn afwisselend twee Hubble-opnamen uit 1994 en 2002 te zien.
Een van de grootste raadsels in de moderne sterrenkunde is
hoe een eenvoudige bol van gas zoals onze zon zulke ingewikkelde structuren kan produceren..!!
Bij sommige planetaire nevels is het alsof er een kosmische tuinsproeier
aan het werk is waar aan twee kanten gas uit spuit.
Of ontstaan deze verbluffende patronen misschien door het magnetische veld
van een begeleidende ster die het uitgestoten gas tot een straalstroom bundelt?
Wat hun oorzaak ook moge zijn, deze kosmische bloemen zijn al binnen tienduizend jaar verwelkt.
En net als echte bloemen verrijken zij hun omgeving met hun overblijfselen:
de scheikundige elementen die de ster in de loop van zijn leven heeft gemaakt verspreiden zich en vormen
het basismateriaal voor nieuwe generaties van sterren, planeten en misschien zelfs leven.
Omdat ze zo snel van het kosmische toneel verdwenen zijn,
zijn er in ons Melkwegstelsel nooit meer dan ongeveer 15.000 planetaire nevels tegelijk te zien.
Wat overblijft is het kleine hart van de overleden ster.
Zo’n uiterst compacte bol ter grootte van de aarde, die witte dwerg wordt genoemd,
straalt heel geleidelijk zijn resterende warmte uit,
totdat hij na vele miljarden jaren net zo koud is als de ruimte zelf:
270 graden onder nul.
KOSMISCHE BOTSINGEN
We bevinden ons in een groot stelsel van sterren dat het Melkwegstelsel wordt genoemd.
Van buitenaf gezien is het Melkwegstelsel een reusachtige spiraal: een centrale bol die door lange armen omhelsd wordt.
Het geheel draait langzaam rond. Tussen de sterren bevindt zich veel zichtbaar gas en stof,
maar ook een onbekende substantie die we niet kunnen waarnemen.
Ver van het middelpunt, in een van de spiraalarmen in de buitenwijken van het Melkwegstelsel,
bevindt zich een klein planetenstelsel: ons thuis, ons zonnestelsel.
Op een heldere avond krijgen we ongeveer 5000 van de meest nabije sterren te zien.
Verder weg dan duizend lichtjaar kunnen we nauwelijks kijken,
omdat de ruimte veel stof bevat dat het licht van verre sterren verzwakt.
Zonder telescoop zien we dus maar een klein stukje van het 100.000 lichtjaar grote Melkwegstelsel.
Het Melkwegstelsel telt alles bij elkaar enkele honderden miljarden sterren, waarvan er vele op onze zon lijken.
Hoewel dat een bijna onvoorstelbaar groot aantal is, is het slechts het topje van de ijsberg.
Want volgens sterrenkundigen zijn er in het heelal meer dan honderd miljard melkwegstelsels. Hoeveel sterren zijn dat bij elkaar?
In een handjevol zand passen makkelijk 50.000 zandkorreltjes. Toch is het aantal strandkorrels
op een willekeurig strand niet veel groter dan het aantal sterren in het Melkwegstelsel.
Er zijn alles bij elkaar zo veel sterren in het heelal, dat je elke zandkorrel van elk strand
op aarde zou moeten tellen om in de buurt van het juiste aantal te komen.
Laten we eens doen alsof onze zon een 1 mm grote zandkorrel is: we leggen hem hier neer.
Een wandeling naar de meest nabije buurster van de zon zou een flink deel van een dag duren,
omdat die andere zandkorrel bijna 30 kilometer verderop ligt.
Melkwegstelsels zijn dus grotendeels leeg.
Als we alle sterren van het Melkwegstelsel tot een bol bij elkaar zouden vegen,
zou deze gemakkelijk in de ruimte tussen de zon en haar buurster passen.
Sterker nog: om die ruimte helemaal te vullen,
zouden we alle sterren van alle melkwegstelsels in het heelal moeten verzamelen!
Als we naar de sterrenhemel kijken, lijkt het heelal onveranderlijk.
Dat komt doordat een mensenleven maar zo kort duurt. Het heelal is namelijk wel degelijk in beweging,
maar we zouden heel veel langer moeten leven om iets van die beweging te kunnen zien.
Als we genoeg tijd zouden hebben, zouden we de sterren en melkwegstelsels kunnen zien bewegen.
Sterren draaien om het middelpunt van het Melkwegstelsel en de verschillende
melkwegstelsels bewegen onder invloed van elkaars zwaartekracht.
Soms komen ze daarbij zelfs in botsing, zoals Hubble heeft vastgesteld.
Als majestueuze schepen op een immense oceaan kunnen melkwegstelsels elkaar steeds dichter naderen,
totdat hun gedaantes door de onderlinge zwaartekracht worden vervormd en uiteindelijk zelfs geheel met elkaar versmelten.
Een trage dans op kosmische schaal, die onder leiding staat van de zwaartekracht.
Een botsing tussen twee melkwegstelsels lijkt niet op een botsing tussen twee auto’s of biljartballen:
het is alsof twee zwermen vogels in elkaar schuiven. De meeste sterren merken weinig van zo’n ‘botsing’.
In het ergste geval worden ze door de zwaartekracht weggeslingerd en vormen ze,
samen met stof en gas, lange uitlopers die zich over honderdduizend lichtjaar en meer kunnen uitstrekken.
Twee melkwegstelsels die in elkaars zwaartekrachtbereik komen,
zullen om elkaar heen blijven draaien en steeds meer gas en sterren aan de uitlopers toevoegen.
En uiteindelijk, na honderden miljoenen jaren, zullen ze geheel in elkaar opgaan en één gezamenlijk stelsel vormen.
Men denkt dat veel van de huidige melkwegstelsels,
waaronder ook het onze, uit zulke samensmeltingen van kleinere stelsels zijn ontstaan.
De in beroering gebrachte grote gaswolken in de stelsels
zullen in hoog tempo nieuwe sterren vormen, waardoor
heldere blauwe sterrenhopen ontstaan.
Ons eigen Melkwegstelsel zal in botsing komen met een ander nabij stelsel, de Andromedanevel.
De twee naderen elkaar met bijna 500.000 kilometer per uur en zullen, over drie miljard jaar,
frontaal op elkaar botsen.
Dit zal een grootse samensmelting tot gevolg hebben,
waarbij ons stelsel zijn bekende spiraalstructuur kwijtraakt.
Het geheel zal evolueren tot een reusachtig elliptisch stelsel,
dat alle sterren van zowel het Melkwegstelsel als de Andromedanevel bevat.
Vanaf de aarde gezien zal dit er ongeveer zó uitzien.
Dit alles gebeurt pas in de verre toekomst, maar overal om
ons heen zijn andere duistere natuurkrachten aan het werk...
MONSTERS IN DE RUIMTE
Zwarte gaten zijn de mysterieuze dieven van het heelal: niets kan aan hun vraatzucht ontsnappen.
Voor sterrenkundigen is het centrum van een zwart gat het ultieme onbekende...
Niets kan uit het zwaartekrachtsbolwerk van een zwart gat ontsnappen.
En dus kom je ook niet te weten wat er ín zit.
Zelfs licht kan niet ontsnappen. Maar hoe weten we dan dat zwarte gaten bestaan?
Zwarte gaten kun je niet direct waarnemen.
Maar sterrenkundigen kunnen wel hun indirecte invloed waarnemen,
want zwarte gaten hebben één ding in overvloed: aantrekkingskracht.
De scherpe Hubble-foto’s hebben laten zien hoezeer een zwart gat zijn omgeving verstoord.
En dat komt niet alleen door de zwaartekracht:
sterrenkundigen hebben vastgesteld dat de samengepakte materie in de buurt van een zwart gat soms galmt als een klok.
Dit is het echte geluid van een zwart gat op 250 miljoen lichtjaar van de aarde.
Het weergalmt in de schijf van materie die het zwarte gat omringt en is zodanig veranderd dat het hoorbaar werd.
In werkelijkheid ligt deze bromtoon (b-mol) 57 octaven onder de laagste toon van een piano (midden-c).
Sterrenkundigen denken dat zwarte gaten singulariteiten zijn – eenvoudige punten in de ruimte.
Geen volume, geen omvang, maar oneindig dicht!
Zwarte gaten kunnen ontstaan bij de uiteindelijke instorting van een ster die veel groter en zwaarder is dan onze zon.
Het overblijfsel van zo’n grote ster kan dermate zwaar zijn dat geen enkele kracht de verdere ineenstorting ervan kan
tegenhouden, zodat de hele massa uiteindelijk in een oneindig klein volume wordt samengeperst.
Hoewel de materie dus in het niets lijkt te verdwijnen, oefent zij nog wel een sterke zwaartekrachtsaantrekking uit,
en sterren en andere objecten die in de buurt komen kunnen daardoor ingevangen worden.
Elk zwart gat kent een kritische grens die men de ‘waarneemhorizon’ noemt.
Als iets – een ster bijvoorbeeld – zich binnen deze grens waagt, zal het nooit meer waarneembaar zijn.
Zo’n onfortuinlijke ster valt overigens niet rechtstreeks naar de waarneemhorizon, maar volgt een fatale spiraalbaan.
Als de ster het zwarte gat dicht nadert, ondervindt de materie aan de kant van het gat een grotere aantrekking
dan de rest van de ster, die dus in de richting van het zwarte gat uitgerekt wordt totdat...
... de enorme getijdenkrachten hem
aan flarden trekken en verslinden.
Maar zwarte gaten hebben nog meer grillen:
ze vervormen ruimte en tijd zodanig dat het verstrijken van de tijd wordt afgeremd.
Alle objecten die massa hebben vervormen het weefsel van ruimte en tijd, maar zwarte gaten doen dat in extreme mate.
Volgens de beroemde algemene relativiteitstheorie van Einstein
zal de moedige ruimtevaarder die een zwart gat bezoekt en een tijdje net boven de waarneemhorizon
blijft hangen bij thuiskomst merken dat hij jonger is gebleven dan de mensen die hij achterliet.
Misschien wel de meest merkwaardige objecten waar sterrenkundigen over hebben nagedacht zijn de wormgaten.
Een wormgat is een soort ‘sluiproute’ door de ruimtetijd die twee punten in het heelal met elkaar verbindt.
Als wormgaten werkelijk bestaan, zullen ze ons wellicht in staat stellen om veel sneller
door het heelal te bewegen dan via de normale ruimte mogelijk is.
Hubble heeft aangetoond dat er in de kern van waarschijnlijk elk melkwegstelsel een zwart gat zit.
In het centrum van ons Melkwegstelsel zit er ook een:
een groot, superzwaar zwart gat dat ongeveer een miljoen keer zo veel weegt als de zwarte gaten die bij het instorten van zware sterren ontstaan.
Mogelijk is dit gat het resultaat van de samensmelting van vele stellaire zwarte gaten die in de loop van de geschiedenis van het Melkwegstelsel zijn ontstaan.
Als twee melkwegstelsels botsen, beginnen de zwarte gaten in hun centrum aan een ingewikkelde dans.
Lang nadat de beide stelsels zijn samengesmolten, draaien hun centrale gaten nog om elkaar;
pas honderden miljoenen jaren later smelten ook zij samen tot één nog zwaarder zwart gat.
Bij dat proces komt zo veel energie vrij, dat het weefsel van de ruimtetijd zodanig wordt verstoord dat we dit op
aarde met behulp van speciale gravitatiegolftelescopen of satellieten kunnen waarnemen.
Maar in vergelijking met de miljoenen jaren die het duurt voordat twee melkwegstelsels
in elkaar op zijn gegaan, duurt de catastrofale samensmelting in hun kern vrij kort.
De kans dat we zo’n gebeurtenis kunnen waarnemen is dus klein...
Nog maar 50 jaar geleden dachten sterrenkundigen dat het bijna overal rustig was in het heelal.
Maar niets is minder waar...
De ruimte wordt vaak opgeschrikt door heftige gebeurtenissen:
catastrofale supernova-explosies, botsende melkwegstelsels en zwarte gaten
die enorme hoeveelheid materie opslokken...
Een eerste aanwijzing voor deze onrust was de ontdekking van de quasars…
Voor telescopen op aarde lijken quasars gewone sterren.
En dat is ook precies wat sterrenkundigen aanvankelijk dachten toen ze de naam ‘quasi-stellaire objecten’ bedachten.
Maar quasars zijn veel helderder en veel verder weg dan de sterren...
Ze stralen net zo fel als duizend normale melkwegstelsels bij elkaar en worden aangedreven door superzware zwarte gaten.
Sterren die te dicht in de buurt van een quasar komen worden als het ware in een enorme kosmische afvoerput gezogen.
Hun gas spiraalt naar het zwarte gat en vormt een dikke schijf waarin de temperatuur tot miljoenen graden oploopt.
Een deel van het gas wordt met grote kracht weggeblazen in grote straalstromen die loodrecht op de schijf staan.
Quasars worden aangetroffen in allerlei soorten melkwegstelsels, waarvan sommige in botsing zijn.
Wellicht bestaan er meerdere mechanismen die een quasar kunnen doen ontbranden.
Een van die mechanismen zou de botsing tussen twee stelsels kunnen zijn,
maar Hubble heeft laten zien dat ook schijnbaar normale, onverstoorde stelsels quasars kunnen huisvesten.
En quasars zijn niet de enige hoogenergetische objecten die sterrenkundigen ontdekt hebben...
Soms ontdek je iets terwijl je naar iets heel anders op zoek bent.
De sterrenkunde kent veel van die toevallige ontdekkingen.
Gammaflitsen werden aan het eind van de jaren zestig bij toeval ontdekt door Amerikaanse militaire satellieten
die Russische kernproeven in de gaten hielden.
Maar in plaats van hevige explosies op
aarde namen ze hevige explosies in de ruimte waar...
Zo’n verbluffend energierijke uitbarsting van gammastraling wordt minstens éénmaal per dag ergens aan de hemel waargenomen.
Hoewel een gammaflits slechts een paar seconden duurt, komt daarbij een hoeveelheid energie vrij
die gelijk is aan de hoeveelheid energie die ons Melkwegstelsel in een paar honderd jaar produceert.
Gammaflitsen zijn niet waarneembaar met het menselijk oog:
daar heb je speciale instrumenten voor nodig. Dertig jaar lang wist niemand wat deze uitbarstingen veroorzaakte.
Het was alsof de aarde bestookt werd met gammakogels die uit een onzichtbaar wapen kwamen.
Samen met bijna alle andere telescopen op aarde zocht Hubble jarenlang naar de dader.
Hij bekeek de posities aan de hemel waar gammaflitsen waren waargenomen,
om een eventueel object op die plek te zien. Maar aanvankelijk liepen alle pogingen op niets uit...
In 1999 leverde Hubble een belangrijke bijdrage aan de vaststelling dat deze enorme uitbarstingen in verre melkwegstelsels plaatsvinden.
De oorzaak kan de definitieve ineenstorting van een zware ster zijn...
… of de catastrofale ontmoeting van twee compacte objecten, zoals twee zwarte gaten of een zwart gat en een neutronenster.
Zwarte gaten behoren zonder meer tot vreemdste objecten in het heelal.
Ze beïnvloeden niet alleen de materie in hun omgeving, maar kunnen met hun sterke zwaartekrachtsvelden ook lichtstralen afbuigen.
Licht dat vlak langs een zwart gat scheert, gaat niet rechtdoor,
maar volgt een kromme baan die ertoe leidt dat het zwarte gat als een soort natuurlijke telescoop fungeert,
waarmee verder het heelal in kan worden gekeken dan men ooit voor mogelijk hield.
ILLUSIES VAN DE ZWAARTEKRACHTS
In het heelal zijn luchtspiegelingen te zien, net als in een woestijn.
Maar in plaats van de warme lucht vlak boven het zand, is het de zwaartekracht die het licht afbuigt.
De luchtspiegelingen die we met moderne telescopen, zoals de Hubble-ruimtetelescoop, waarnemen,
worden veroorzaakt door grote massaconcentraties: verre clusters van melkwegstelsels.
Ooit dachten sommige mensen dat de aarde plat was.
Dat is ook wel een beetje begrijpelijk, omdat we in ons dagelijks leven helemaal niets van de kromming van de planeet merken.
Ook van de kromming van de ruimte merken we normaal gesproken niets.
Maar deze kromming veroorzaakt wel degelijk verschijnselen die we kunnen waarnemen...
Een van de voorspellingen van Albert Einstein was dat de zwaartekracht de ruimte vervormt en daardoor lichtstralen doet afbuigen,
net zoals rimpelingen op een vijver een verwrongen honingraatpatroon van licht op de bodem veroorzaken.
Licht van verre melkwegstelsels wordt onderweg naar de aarde vervormd
en uitvergroot door de zwaartekrachtsvelden van zware clusters van stelsels.
Het is alsof we die verre melkwegstelsels door een loep zien; men noemt dit het gravitatielenseffect.
De vreemde patronen die lichtstralen veroorzaken als ze een zwaar object tegenkomen zijn afhankelijk
van de aard van de ‘lens’. Het object op de achtergrond kan dus allerlei gedaanten aannemen...
...een Einstein-ring, als het hele beeld wordt versterkt en tot een ringvorm wordt vervormd,...
...meervoudige afbeeldingen van het oorspronkelijke verre melkwegstelsel...
...of een verwrongen afbeelding die uit kromme bogen en boogjes bestaat.
Hoewel Einstein al in 1915 voorspelde dat dit effect in de ruimte zou optreden,
dacht hij dat dit vanaf de aarde niet waarneembaar zou zijn.
Maar al in 1919 bleek dat wel zo te zijn.
Tijdens een zonsverduisteringsexpeditie naar het eiland Principe, voor de westkust van Afrika,
die onder leiding stond van de befaamde Britse sterrenkundige Arthur Eddington,
werden de posities waargenomen van sterren in de omgeving van de verduisterde zonneschijf.
Daarbij bleek dat de sterren een klein, maar meetbaar stukje naar buiten toe waren
opgeschoven ten opzichte van hun posities toen de zon niet in de buurt was.
Tegenwoordig zijn met de beste telescopen op aarde, en natuurlijk ook de Hubble-ruimtetelescoop
zwaartekrachtsafbeeldingen van objecten in het verre heelal te zien.
Hubble was de eerste telescoop waarmee details in de meervoudige boogjes te zien waren,
waardoor je de vorm en structuur van de achtergrondobjecten kon reconstrueren.
In 2003 stelden sterrenkundigen vast dat de geheimzinnige lichtboog op een van de Hubble-foto’s
het grootste, helderste en heetste stervormingsgebied is dat ooit is waargenomen.
Om de ruimte zodanig te krommen dat het lenseffect
zichtbaar is bij de verste objecten in het heelal,
heb je een vrij zwaar object nodig, zoals een cluster van melkwegstelsels.
Bijna alle gravitatielenzen die tot dusver zijn waargenomen zijn verzamelingen
van honderden of duizenden melkwegstelsels, waarvan men denkt dat het de grootste structuren
in het heelal zijn die door de zwaartekracht bijeen worden gehouden.
Sterrenkundigen weten dat de materie die we in het heelal waarnemen slechts een klein percentage vormt van de totale massa die er moet zijn.
Want het is materie die de zwaartekracht veroorzaakt,
en de zichtbare hoeveelheid is eenvoudig te gering om melkwegstelsels en clusters van melkwegstelsels bijeen te houden.
Omdat de kromming van een gravitatielensboogje afhankelijk is van de totale massa van de ‘lens’,
kan het gravitatielenseffect worden gebruikt om clusters te ‘wegen’ en donkere materie op te sporen.
Op de duidelijke Hubble-foto’s kun je gemakkelijk zien of verschillende boogjes van één en hetzelfde achtergrondstelsel afkomstig zijn.
Door de stukjes aan elkaar te passen, krijgen sterrenkundigen een beeld van jonge
melkwegstelsels die te ver weg zijn om ze met de huidige technieken en telescopen te kunnen bestuderen.
Een gravitatielens kan zelfs als een soort ‘natuurlijke telescoop’ fungeren.
In 2004 kon Hubble, dankzij de vergrotende werking van een gravitatielens,
het verste melkwegstelsel in het zichtbare heelal ontdekken.
GEBOORTE EN DOOD VAN HET HEELAL
Niets is sneller dan licht dat door een vacuüm gaat, maar toch is de snelheid van licht eindig.
Dat betekent dat het even duurt voordat een lichtstraal een bepaalde afstand heeft afgelegd.
De lichtsnelheid in de ruimte bedraagt ongeveer 300.000 kilometer per seconde.
300.000 kilometer is bijna de afstand tussen aarde en maan.
Een lichtstraal doet er dus ruim een seconde over om van de maan naar de aarde te reizen.
Anders gezegd: we zien de maan zoals hij een seconde geleden was.
Wie heeft er nu nooit eens nagedacht over hoe het zou zijn om door de tijd te reizen?
Teruggaan naar het verleden kunnen we niet, maar dankzij de eindige lichtsnelheid
kunnen we wel terugkijken naar het verleden. We hoeven alleen te wachten totdat het licht van een ver object ons bereikt:
we zien dat object dan zoals het was toen zijn licht werd uitgezonden.
Krachtige instrumenten, zoals Hubble, kunnen steeds dieper de ruimte in kijken en kijken dus ook steeds
verder het verleden in. Wat kosmologen daar te zien krijgen is verbazingwekkend.
In de jaren twintig van de afgelopen eeuw ontdekte de sterrenkundige Edwin Hubble dat de meeste melkwegstelsels
van ons weg bewegen met een snelheid die evenredig is met hun afstand. Hoe verder een stelsel van ons vandaan is,
des te sneller lijkt het van ons weg te bewegen. Dat komt door de uitdijing van het heelal.
Die uitdijing begon vele miljarden jaren geleden met een reusachtige explosie: de oerknal.
De snelheid waarmee het heelal uitdijt – de zogeheten Hubble-constante
– kan worden gebruikt om een schatting te maken van de ouderdom en afmetingen ervan.
Dat doe je door de uitdijing als een film ‘terug te draaien’,
totdat alles in het heelal in één oneindig klein punt bij elkaar is gekomen.
Een van de belangrijkste taken die Hubble had was de bepaling van de afmetingen en leeftijd van het heelal.
Een speciale groep sterrenkundigen heeft zich beziggehouden met het bepalen van de Hubble-
constante en maakte daarbij gebruik van een bijzonder soort ‘mijlpalen’:
een klasse van veranderlijke sterren die cepheïden worden genoemd.
Cepheïden vertonen zeer regelmatige en voorspelbare helderheidsveranderingen.
De periode waarmee deze veranderingen optreden hangt uitsluitend van de fysische eigenschappen
van de ster af en kan worden gebruik om diens afstand zeer nauwkeurig te schatten.
Daarom worden cepheïden ook wel ‘standaardkaarsen’ genoemd.
Afstanden van cepheïden worden gebruikt als opstapje naar afstandsmetingen van supernovae,
die veel meer licht uitstralen dan cepheïden en dus ook tot op veel grotere afstanden zichtbaar zijn.
Hubble heeft het licht van supernova-explosies veel nauwkeuriger
kunnen meten dan eerdere instrumenten. Vanaf de aarde gezien is een
supernova meestal nauwelijks te onderscheiden van de rest van zijn moederstelsel.
Hubble kan het licht van beide bronnen echter uit elkaar houden.
Met cepheïden en supernovae kan het heelal worden opgemeten.
Dankzij Hubble kennen we de leeftijd van het heelal nu veel beter dan eerst:
ongeveer 14 miljard jaar.
Heel lang waren sterrenkundigen het er niet over eens of het heelal in de verre toekomst
geleidelijk zal ophouden met uitdijen en eventueel weer zal instorten of zal blijven uitdijen.
Hubble en de beste telescopen op aarde hebben de afgelopen jaren veel metingen van verre supernovae gedaan.
En alles duidt erop dat de uitdijing van het heelal absoluut niet aan het vertragen is.
Sterker nog, de uitdijing lijkt te versnellen!
Toen Hubble werd gebruikt om te meten hoe de uitdijing van het heelal in de loop van de tijd is veranderd,
bleek tot ieders verrassing dat de uitdijing gedurende de eerste helft van de geschiedenis van het heelal vertraagde.
Op dat moment trad er een geheimzinnige kracht in werking,
een soort ‘anti-zwaartekracht’, die de uitdijing heeft doen versnellen.
Dat duidt erop dat de anti-zwaartekracht steeds sterker wordt.
En als dat zo doorgaat, zal zij de gewone zwaartekracht uiteindelijk overvleugelen en het heelal in een supersnelle
versnelling brengen waarbij alles tot op atomair niveau zal worden verscheurd.
Kosmologen hebben dit nachtmerriescenario een eigen naam gegeven: de Grote Versnippering.
KIJKEN NAAR HET EINDE DER TIJDEN
Er komt onverwacht nieuws uit de diepten van het heelal.
Net zoals geologen steeds dieper de grond in graven om steeds oudere fossielen op te sporen,
zo ‘graven’ sterrenkundigen steeds verder in het verleden door naar licht van steeds verdere,
en dus zwakkere objecten te kijken.
Met Hubble is de ‘astroarcheologie’ begonnen en het startschot viel tijdens de kerstdagen van 1995...
Het lijkt misschien gek om de modernste telescoop aller tijden tien dagen achter elkaar naar hetzelfde stukje hemel te laten staren.
En dat dachten veel sterrenkundigen ook toen zij dit eind 1995 voor het eerst probeerden.
Langdurige belichtingen van een bepaald stukje hemel worden ‘deep field’-waarnemingen genoemd.
Hun doel is om zo veel mogelijk licht van zwakke hemelobjecten te verzamelen.
Hoe ‘dieper’ de waarneming, des te zwakker zijn de objecten die zichtbaar worden.
Hemelobjecten kunnen zwak lijken omdat ze van nature niet erg helder zijn, maar ook omdat hun afstanden heel groot zijn.
‘Toen dit experiment voor het eerst werd voorgesteld,
wist niemand of er iets interessants uit zou komen. Maar toen we de opname uiteindelijk zagen,
stonden we versteld! In dit kleine stukje hemel waren meer dan 3000 melkwegstelsels te zien.’
Het waargenomen hemelgebied in de Grote Beer was zorgvuldig
uitgekozen op zijn leegheid, zodat Hubble niet gehinderd zou worden door
de sterren in ons eigen Melkwegstelsel of nabije andere stelsels.
De duizenden stelsels die in het eerste Deep Field te zien waren vertoonden verschillende
ontwikkelingsstadia en waren verspreid over afstanden van miljarden lichtjaren.
Hierdoor kregen de sterrenkundigen in één oogopslag een
indruk van de trage evolutie van melkwegstelsels.
Na het eerste Deep Field werd nog een langbelichte opname gemaakt van een stukje zuidelijke hemel.
Samen gunden het noordelijke en zuidelijke Hubble Deep Field sterrenkundigen een eerste blik op de begintijd van het heelal.
Sommige van de objecten die op de beelden te zien waren,
waren dermate zwak dat je ze net zo moeilijk kon zien als het licht van een zaklantaarn op de maan.
‘Al snel bleek dat met het Hubble Deep Field een nieuw tijdperk voor de kosmologie was aangebroken.
Het gaf vorm aan onze denkbeelden over het verre heelal.’
De Hubble Deep Fields hebben een echte revolutie in de moderne sterrenkunde veroorzaakt.
Na het eerste Deep Field werden bijna alle telescopen op de aarde en in de ruimte gedurende
lange perioden op ditzelfde stukje hemel gericht. Dit samenwerkingsverband van instrumenten van
uiteenlopende aard heeft enkele van de meest interessante onderzoeksresultaten in de sterrenkunde opgeleverd.
Voor het eerst weten we nu hoe snel het ontstaan van sterren is verlopen.
Daarbij bleek verrassend genoeg dat de stervorming binnen een paar miljard jaar na de oerknal een hoogtepunt bereikte.
Er werden toen meer dan tien keer zo veel sterren geboren dan nu.
Toen ze eenmaal de diepten van het heelal hadden verkend,
probeerden Hubble-sterrenkundigen nog verder in het verleden door te dringen.
In 2003 en 2004 heeft Hubble zijn ‘diepste’ opname ooit gemaakt: het Hubble Ultra Deep Field.
Het is een 28 dagen belichte opname, die veel verdere objecten laat zien dan de eerdere Deep Fields,
en een gebied in de ruimte toont dat ver verwijderd is van dat van andere diepe opnamen.
Het Hubble Ultra Deep Field laat zien hoe de eerste melkwegstelsels tevoorschijn komen uit het zogeheten ‘donkere tijdperk’ –
de tijd kort na de oerknal, toen de eerste sterren het koude, donkere heelal weer deden opwarmen.
In het jonge, snel uitdijende heelal van kort na de oerknal – toen er nog geen sterren en melkwegstelsels waren
– was de materie tamelijk gelijkmatig verdeeld.
Maar na verloop van tijd begon de koning aller krachten – de zwaartekracht – geleidelijk zijn werk te doen.
Onder invloed van de zwaartekracht van de mysterieuze donkere materie begonnen kleine
hoeveelheden normale materie samen te klonteren in gebieden waar de dichtheid iets hoger was dan
gemiddeld. Maar omdat er nog geen sterren waren, was het heelal volkomen duister.
Toen de dichtheid van de samenklonteringen toenam, werd nog meer materie aangetrokken
en begon er een wedstrijd tussen de uitdijing van de ruimte en de zwaartekracht.
Waar de zwaartekracht won, hield de uitdijing op en begon de materie verder samen te trekken.
De eerste sterren en melkwegstelsels waren geboren.
Waar de materiedichtheid het grootst was – op de kruispunten van grote webachtige structuren van de materie
– ontstonden de grootste structuren: clusters van melkwegstelsels.
De Deep Field-opnamen zijn bezaaid met melkwegstelsels in allerlei soorten, maten en kleuren.
Sterrenkundigen zullen nog jaren bezig zijn met het onderzoek van de zeer uiteenlopende stelsels,
voordat ze een idee krijgen van het ontstaan en de evolutie ervan.
In schril contrast met de rijke oogst aan klassieke spiraalvormige en elliptische stelsels op de opnamen
zijn her en der ook merkwaardige exemplaren te zien.
Sommige lijken op tandenstokers, andere op de schakels van een armband.
Andere lijken met elkaar in wisselwerking te zijn. Hun vreemde vormen lijken bijna in niets op de melkwegstelsels van nu.
Deze merkwaardige stelsels vertellen het verhaal van een heelal
waarin de orde en structuur van nu nog ver te zoeken was.
Het handige van Hubble is dat er allerlei instrumenten aan boord zijn waarmee gelijktijdig kan worden waargenomen.
Het Hubble Ultra Deep Field bestaat eigenlijk uit twee afzonderlijke
opnamen die met twee instrumenten gemaakt zijn: de ACS-camera en het NICMOS-instrument.
NICMOS kan zelfs nog verder kijken dan de ACS. Hij neemt namelijk infrarood licht waar en kan daardoor ook
verre melkwegstelsels zien waarvan het licht door de uitdijing