Een radertje in de grote machine

Rens Waters (1959) studeerde in 1983 af in de sterrenkunde aan de Universiteit Utrecht (UU), alwaar hij in 1987 ook cum laude promoveerde op een proefschrift over infrarood-onderzoek aan het massaverlies van hete sterren. Na wat omzwervingen in Canada en Groningen werd hij in 2001 benoemd tot hoogleraar sterrenkunde aan de Universiteit van Amsterdam. Daarnaast is hij deeltijdhoogleraar aan de Universiteit van Leuven. Met hem hadden we een gesprek over het plezier van het sterrenkundige onderzoek en de rol die Nederlandse sterrenkundigen daarbinnen spelen...

In Nederland zijn ruwweg tweehonderd mensen professioneel met sterrenkunde bezig. Ze maken daarbij gemiddeld per persoon per jaar een bedrag van ongeveer een kwart miljoen euro op. Wat doe jij voor dat kwart miljoen?
[Schaterlachend] Een hoop lol hebben! Dat is eigenlijk het eerste dat me te binnen schiet, al klinkt dat niet erg wetenschappelijk.

Waar zit die lol dan in?
Nou, bijvoorbeeld als je een meting of waarneming van iets binnenkrijgt, waarbij je van tevoren dacht dat het zus zat, maar het blijkt dus helemaal anders te zijn. Dat zijn soms echte eye-openers. Of als iets waarmee je al heel lang bezig bent eindelijk een keertje lukt. Bijvoorbeeld toen ons apparaat voor de interferometer van de VLT in Chili voor het eerst werd uitgeprobeerd. Met het ontwerp daarvan zijn we in 1997 begonnen, en opeens is het van een papieren object een ding geworden dat fotonen opvangt en ook nog naar verwachting blijkt te werken. Dat klinkt niet vriendelijk naar de ontwerpers toe, maar ik ben geen technisch onderlegd iemand: voor mij gaat zo'n ding pas echt leven als het aangezet wordt. [Met het betreffende instrument, MIDI geheten, zijn in de nachten van 14-16 juni jl. de eerste waarnemingen gedaan – EE]

Zo'n instrumenteel project laat zich gemakkelijk plannen. De échte verrassingen zitten hem in de waarnemingen, toch?
Inderdaad, soms vind je iets dat je niet had gedacht – iets nieuws. Ik heb veel gewerkt met het Infrared Space Observatory (ISO) en daar kwamen geweldige verrassingen uit. Dat je op de meest vreemde plekken het begin van planeetvorming kunt waarnemen, bijvoorbeeld. Zoals in de Rode Rechthoek [de voorloper van een planetaire nevel – EE], waarvan iedereen dacht dat het aanwezige stof koolstofrijk was, wat planeetvorming nogal onwaarschijnlijk maakt. Maar nu is gebleken dat het stof daar dezelfde samenstelling heeft als dat in ons zonnestelsel, en is planeetvorming tijdens de eindfase van een ster niet ondenkbaar meer. We krijgen steeds meer het idee dat als zo'n schijf rond een ster maar stabiel is, alle fysische processen die zich in het aanwezige gas en stof kunnen gaan afspelen zich ook zúllen afspelen – het maakt niet uit of het een jonge ster is of een oude: een schijf is een schijf, en stof is stof. Dat vond en vind ik een leuk nieuw inzicht.

Nederland hoort nog steeds bij de sterrenkundige toplanden. Onderscheidt ons land zich in enig opzicht van andere landen? Bestaat er zoiets als een typisch 'Nederlandse astronoom'?
Een voorbeeld waar we enorm veel aan hebben gehad, is de stijl van onderzoek die door Minnaert is geïntroduceerd – de 'school van Minnaert', zou je kunnen zeggen. Dat is een een interpretatieve vorm van sterrenkunde die een beetje tussen theorie en waarneming in hangt. Nederlandse sterrenkundigen zijn vaak zowel redelijk op de hoogte van de theorie als van de techniek van het waarnemen en kunnen in dat opzicht een brugfunctie vervullen.

De richting die de Nederlandse sterrenkunde opgaat wordt in belangrijke mate bepaald door de onderzoekschool NOVA. Deze heeft een aantal jaren geleden besloten om als hoofdthema 'De levensloop van sterren en melkwegstelsels' te kiezen. Is dat een keuze waar je je in kunt vinden?
Ja, nou en of. Dat is het soort onderzoek waar ik zelf mee bezig ben, dus dat kwam mooi uit. Ik houd me bezig met de levensloop van sterren – van geboorte tot graf –, maar dan vooral in relatie tot wat ze om zich heen hebben: sterrenwinden, protoplanetaire schijven en dergelijke. Heel interessant daarbij is het vraagstuk van de 'massacyclus' in het Melkwegstelsel: hoe gaan stofkorrels uit de sterrenwind van rode reuzen de interstellaire ruimte in, en hoe vinden ze hun weg dan naar jonge stervormingsgebieden en de latere stofschijven waar planeten uit ontstaan.

Wat zijn de grootste lacunes in onze kennis op dat gebied?
We beginnen langzaam te begrijpen hoe het stof geproduceerd wordt, en wát voor stof er geproduceerd wordt. Maar we weten bijvoorbeeld nog heel weinig over de rol die supernovae bij de productie van stof spelen. Daarnaast is er nog het raadsel van de levensduur van stofkorrels in de interstellaire ruimte: ze kunnen eigenlijk niet zo lang bestaan – hooguit een paar honderd miljoen jaar – maar als je dan gaat inventariseren hoeveel stof er is, blijkt dat de levensduur van stofdeeltjes eigenlijk vijf of zes keer zo lang zou moeten zijn. Ergens moet dus nog een bron van stof zijn, en we weten dat we deze niet bij oude sterren moeten zoeken, zelfs niet bij supernovae. Maar waar dan wel? Het moet een plek zijn waar de stofdichtheid groot genoeg is, zodat stofkorrels nadat ze 'verdampt' zijn weer tot nieuwe stofdeeltjes kunnen condenseren. De jongste inzichten wijzen in de richting van de vroegste evolutiestadia van jonge sterren. Stervorming is namelijk heel inefficiënt: zo'n protoster vangt heel veel materie op, maar de helft van wat hij opvangt blaast hij ook weer weg. En dat laatste gebeurt pas als de materie vlakbij de ster is gekomen. Het is daar warm, waardoor je verdamping van stof krijgt, die later weer in condensatie uitmondt. Stervormingsgebieden zijn dus een prachtige plek voor het recyclen van stof. Dat is echter iets wat we nader moeten onderzoeken.

Met welke middelen of met welk instrument zou je dat raadsel te lijf willen gaan?
We hebben nu dringend behoefte aan zo veel mogelijk nauwkeurige infraroodspectra van stof in de interstellaire ruimte. En die kunnen we straks met behulp van de nieuwe Amerikaanse satelliet SIRTF proberen te verkrijgen. Ik verwacht dan ook dat we binnen afzienbare tijd over een hele grote database kunnen beschikken waarmee we het stofprobleem kunnen oplossen. Je noemt een technologische oplossing. Maar zou meer menskracht het onderzoek ook niet vooruit helpen? Eigenlijk wil je allebei, natuurlijk. Die grote nieuwe satellieten en telescopen komen er toch wel: daar heb je als klein land niet altijd evenveel invloed op. Het geld voor dat soort 'eenmalige' projecten laat zich vaak ook gemakkelijker vinden dan structurele steun voor de aanstelling van vaste krachten. Dat kan lastig zijn, omdat je dan wel geld hebt om zo'n apparaat te laten bouwen, maar niet om er iemand mee aan de slag te laten gaan. Daarbij komt nog dat een geavanceerd instrument als de VLT in één nacht zo'n reusachtige berg gegevens oplevert, dat een hardwerkende promovendus daar bij wijze van spreke een half jaar zoet mee is.

Hoe verwerk je die dan, die enorme stroom gegevens?
Dat is een kwestie van slim zoeken naar wat je wilt. Om niets verloren te laten gaan worden steeds meer grote digitale archieven van meetgegevens opgezet – 'virtuele sterrenwachten' als het ware. Die zullen in de toekomst alleen maar belangrijker worden. Het is een fenomenale opgave om die archieven op te zetten, maar het is wel de toekomst: met een druk op de knop alle gegevens van een stukje hemel bij alle mogelijke golflengten on line opvraagbaar.

Betekent die nieuwe werkwijze ook dat het soort sterrenkundige aan het veranderen is?
Vroeger had je specifieke radiosterrenkundigen en röntgensterrenkundigen en zo, maar als ik het goed begrijp moet je nu van alle markten thuis zijn. Die specialisatie gaat er inderdaad langzamerhand steeds meer uit, al zullen er altijd sterrenkundigen blijven die voornamelijk binnen één golflengtegebied werken. Ikzelf ben door de aard van mijn onderzoeksgebied bijvoorbeeld voornamelijk in het infrarood bezig.

Naar welke sterrenkundige doorbraak kijk je het meeste uit?
We zijn nu bezig met de interferometer van de VLT, en ik hoop dat we daarmee er voor het eerst in zullen slagen om protoplanetaire schijven rond jonge sterren op te lossen. Maar op de langere termijn hoop ik vooral op een doorbraak op het gebied van de exoplaneten – een onderzoek waar ik me lange tijd van afzijdig heb gehouden, maar waarvan de koorts mij inmiddels alsnog gegrepen heeft. Wat mij erg spannend lijkt is om een rechtstreekse detectie te kunnen doen van zo'n planeet bij een andere ster.

Kun je wat dat betreft al van een sterrenkundige wedloop spreken?
Zeker, veel onderzoekers zijn bezig om trucjes te verzinnen waarmee je het licht van zo'n planeet kunt scheiden van dat van zijn moederster. Sommigen proberen dat te doen door in het spectrum heel goed te zoeken naar sporen van zo'n planeet. Anderen, zoals wij, zoeken naar methoden om zo'n ster-planeetsysteem ruimtelijk op te lossen, zodat je ze echt los van elkaar kunt zien. Door dergelijk onderzoek zou je voor het eerst iets te weten komen over de fysische toestand van zo'n exoplaneet. Wat we tot nu toe van deze objecten weten is dat ze bestaan en bij welke sterren we ze kunnen vinden. Maar wat mij boeit, is hoe deze planeten in elkaar zitten: hoe is hun atmosfeer, wat zijn hun eigenschappen als functie van leeftijd en van afstand tot de ster, en hoe verhouden deze kenmerken zich tot die van de planeten in ons eigen zonnestelsel. Dit soort fysisch onderzoek kun je pas gaan doen als je het licht van zo'n planeet kunt scheiden van dat van zijn moederster. En dat is iets wat volgens mij binnen vijf jaar gaat lukken.

En staat jouw naam er dan bij?
Wie weet. We zijn momenteel bezig om een instrument te bedenken voor de VLT. Het is nog maar een 'Fase A'-studie, waarbij we moeten concurreren met een Frans ontwerp. Binnenkort zal ESO beslissen of ze de bouw aan ons consortium zullen gunnen of aan het Franse. Als we die hobbel overwonnen hebben, moet er een echt ontwerp komen en zal het instrument ook echt gebouwd worden. En dan maar hopen dat het ook werkt zoals gedacht...

Dan zijn we dus jaren verder.... Ben je dan niet te laat?
Nou, dat weet ik nog zo net niet. Het oplossen van zo'n exoplaneet valt niet mee, en de concurrentie heeft ook zo zijn problemen. Het zal erom spannen. Maar ons instrument zou best eens het eerste kunnen zijn waarmee je ster en exoplaneet gescheiden kunt afbeelden. Onze inschatting is dat we slechts een honderdtal exoplaneten met ons instrument kunnen oplossen. Maar dat zou al geweldig zijn, want we weten nu gewoon helemaal niets van deze hemellichamen. Wat voor soort wolken hebben die planeten? Hoe zit hun atmosfeer in elkaar? Zijn er stormen? Kortom: wat is het weer op die planeten?

Rens Waters als de Erwin Kroll van de exoplaneten?
[Gierend] Dat lijkt me geweldig! 'En de weersverwachting voor Epsilon Eridani B is...'

Een sterrenkundige hoofdprijs, dat oplossen van exoplaneten?
Dat denk ik wel, ja. Het lijkt me fantastisch om zo'n andere wereld bij een andere ster te kunnen zien.

En makkelijker aan de buurman uit te leggen dan het onderzoek aan stofkorreltjes?
In zekere zin wel. Maar mijn onderzoek zal de komende vijf jaar toch voornamelijk op de laatste gericht zijn. En dat is óók heel boeiend. Stel je eens voor: je vangt een stofkorrel op in de aardatmosfeer, die van een komeetstaart afkomstig is, en dan blijkt er veel ijzersulfide in te zitten. Dan zou je denken dat de interstellaire ruimte wemelt van de ijzersulfide. Nou, mooi niet! Het wordt voor zover we weten ook niet door sterren geproduceerd... Vraagstukken als deze zijn buitengewoon interessant, niet in de laatste plaats omdat ijzersulfidekristallen een belangrijke rol spelen bij de vorming van complexe moleculen en mogelijk een belangrijke functie hebben gehad bij de eerste biogene activiteit op aarde.

Wat denk je, gezien het huidige tempo van sterrenkundige ontdekkingen, blijft sterrenkunde tot jouw pensioen lollig?
[Opnieuw geschater] Tot mijn pensioen lukt wel, maar daarna is de lol wel op! Dat is een grapje, uiteraard. Maar wat je wel ziet is dat de schaalvergroting die zich de afgelopen eeuw bij de natuurkunde heeft voltrokken nu ook in de sterrenkunde toeslaat. In de röntgensterrenkunde bijvoorbeeld, waar we nu met XMM-Newton en Chandra over twee fantastische satellieten beschikken. Als je dat nog wilt overtreffen, om nog meer fysische processen te kunnen bestuderen, kom je in het gebied van de megaprojecten die geen enkel land in zijn eentje kan bouwen. Het wordt dan als individu steeds moeilijker om daar je ei in kwijt te kunnen, al moet gezegd dat we ook nu al radertjes in een hele grote machine zijn.

(Zenit, september 2003)