Naar de rand van ruimte en tijd

Grote telescopen kijken zo ver het heelal in, dat ze ook miljarden jaren terug in de tijd kijken. De opvolger van de Hubble ruimtetelescoop, de James Webb telescoop, zal vanaf 2018 zicht krijgen op de periode vlak na de Oerknal waarin de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden. Leidse astronomen bouwen mee aan instrumenten voor de James Webb, en kunnen niet wachten om er waarnemingen mee te doen.

Miljarden jaren terug in de tijd

Als we 'slechts' een miljoen lichtjaar ver om ons heen kijken, zien we een rustig stukje heelal, met keurige, oude sterrenstelsels die lijken op de Melkweg, het sterrenstelsel waar we zelf deel van uitmaken. De ruimte ertussen is vrijwel leeg. Maar zodra je met moderne telescopen miljarden lichtjaren ver weg kijkt – en dus miljarden jaren terug in de tijd – ziet het 'vroege' heelal er heel anders uit. Veel sterrenstelsels hebben er een chaotische vorm, produceren in een razend tempo nieuwe sterren of hebben een gigantisch, zwart gat in hun kern dat bundels deeltjes de ruimte in stuurt en daar schokgolven veroorzaakt. En hoewel piepjonge sterrenstelsels volgens computersimulaties slechts geleidelijk aan kunnen groeien door kleine broertjes op te slokken, blijken ze verbazend kort na de Oerknal al groot en zwaar.

Sinds zijn lancering in 1990 draait de Hubble-ruimtetelescoop rond de aarde. Doordat de telescoop buiten de aarde hangt, kan deze scherpe beelden maken van het universum. Bron: NASA

Op naar nieuwe afstandsrecords

Marijn Franx was vanaf het begin betrokken bij de ontdekkingsreis van de Hubble ruimtetelescoop naar het vroege heelal: 'De Hubble heeft destijds dit onderzoeksveld totaal veranderd. In 1996 bleek dat hij heel makkelijk zulke extreem verre sterrenstelsels kon zien, omdat ze veel helderder waren dan verwacht.' In 2016 ontdekte een team waar Franx deel van uitmaakte de huidige afstandsrecordhouder, sterrenstelsel GN-z11, op 13,4 miljard lichtjaar, toen het heelal slechts 400 miljoen jaar oud was.

Franx: 'De Hubble heeft nu gedaan wat hij kan, maar zijn opvolger, de James Webb ruimtetelescoop, zal nog veel verder terug kunnen kijken. Wij overlegden met de bouwers bij NASA over de keuzes die worden gemaakt. Bij zulke projecten heb je nooit genoeg geld om alles te doen, maar wij als gebruikers vertellen hen: 'dit is wat we echt nodig hebben'.'

Onderhoudsbeurten zullen bij de James Webb niet mogelijk zijn, omdat hij ver van de aarde af in de ruimte geparkeerd wordt. Dus moest 15 jaar geleden voor de komende tien jaar beslist worden, welke waarnemingsinstrumenten mee omhoog gaan, en dat bepaalt voor een flink deel wat de James Webb zal kunnen gaan zien.

Het tot nu toe verste weg geobserveerde sterrenstelsel GN-z11 is een sterrenstelsel dat deel uitmaakt van het welbekende sterrenbeeld Grote Beer. Bron: NASA

Turbulente jeugd

Afstandsrecords zijn op zichzelf niet belangrijk; astronomen willen vooral de turbulente jeugd van het heelal begrijpen. In sterrenstelsels ontstaan voortdurend nieuwe sterren uit gas- en stofwolken, maar tegenwoordig, in onze wijk van het heelal, staat de stervorming op een laag pitje, omdat het gas en stof tussen de sterren bijna op is. Terugredenerend, moeten verre, jonge sterrenstelsels dus heel veel gas en stof bevatten. De aardse megatelescoop, ALMA, is speciaal gebouwd om de zogeheten millimeterstraling waar te nemen die dit stof uitzendt. En ALMA is al volop waarnemingen aan het doen.

Franx: 'We dachten destijds: tegen de tijd dat de James Webb gelanceerd wordt, heeft ALMA die waarnemingen al gedaan. Maar ALMA ziet heel weinig extreem verre sterrenstelsels, dat is echt een raadsel. Bevatten ze te weinig stof? Daarom hebben we het James Webb programma aangepast, zodat hij die sterrenstelsels nog beter kan bestuderen.'