In gesprek met Marijn Franx

Zenit114“Kijk, deze foto’s. Ze hebben net eergisteren de kappen van de spiegels van de James Webb afgehaald! Je kunt het allemaal live volgen via de webcam op www.jwst.nasa.gov (zie de foto op p.18 van dit Zenitnummer). Ik kijk enorm uit naar al die onverwachte dingen die we tegenkomen als we met de James Webb onderzoek gaan doen. Neem nu onze recente ontdekking van een enorm helder object met roodverschuiving 11 (zie kader). Het licht dat we nu van dat object zien werd uitgezonden toen het heelal nog maar een half miljard jaar oud was en 12 keer zo klein als nu. Niemand had verwacht dat een sterrenstelsel in het jonge heelal zo extreem helder kon zijn. De hoop is eigenlijk dat er allerlei theorieën op de schop moeten als we met de James Webb onderzoek gaan doen. Dit stelsel geeft een goede indicatie dat dit gaat gebeuren. De James Webb is uitermate geschikt om dat allemaal verder uit te zoeken.”

Door Ruben van Moppes
Marijn Franx bij de Gornergrat-sterrenwacht naast de Matterhorn. (Foto: Marijn Franx)

Aan enthousiasme geen gebrek bij Marijn Franx (afgestudeerd 1984, gepromoveerd 1988), hoogleraar sterrenkunde aan de Universiteit Leiden, winnaar van de Spinozapremie (de hoogste wetenschappelijke onderscheiding in Nederland) in 2010, tevens oud-lid van de James Webb Space Telescope Science Working Group en lid van het NIRSpec Instrument Science team.

Er zijn hoge verwachtingen van de James Webb. Maar gaat het inderdaad lukken om hem in oktober 2018 te lanceren?
Ja, dat denk ik wel. In 2011 werd die datum vastgesteld en sindsdien is er geen reden meer geweest om ermee te schuiven. Ook op dit moment loopt alles volgens planning en is er nog ruimte om onverwachte tegenslagen op te lossen. De komende tijd worden er veel tests uitgevoerd. Op de webcamfoto’s zie je ook de locatie waar ze bijvoorbeeld de geluidstest en triltest doen.”

Roodverschuiving De golflengte van het licht van ver verwijderde objecten wordt onderweg naar de aarde langer als gevolg van de uitdijing van het heelal. Gedurende de reistijd van het licht wordt de ruimte, en daarmee ook de lichtgolven, als het ware steeds verder opgerekt. Het licht verschuift naar de rode kant van het spectrum en we spreken over (in dit geval kosmologische) roodverschuiving. De kosmologische roodverschuiving (z) is een directe maat voor de afstand: hoe verder weg een sterrenstelsel, hoe langer het licht naar ons onderweg is en hoe groter de roodverschuiving. Daarbij is de verhouding tussen de ontvangen en uitgezonden golflengte gelijk aan 1 + z. Het op dit moment verst verwijderde sterrenstelsel, GN-z11, heeft een roodverschuiving van z = 11,1. De golflengte van het licht van dit stelsel is onderweg naar de aarde 12 keer zo lang geworden en in dezelfde tijd werden ook alle afstanden in het heelal 12 keer groter. Omdat de reistijd van het licht van GN-z11 ongeveer 13,3 miljard jaar bedraagt, kijken we zo ver terug in de geschiedenis van het heelal.




Een geluidstest?
“Denk aan de lancering. De motoren van de raket produceren enorme geluidniveaus en de telescoop moet de trillingen van die geluidsgolven kunnen doorstaan. Dat geldt niet alleen voor de telescoop zelf, maar ook de spectrografen en camera’s worden getest zoals de door ons ontwikkelde NIRSpec. Dat is een spectrograaf voor het nabije infrarood, met een licht en stevig superbetrouwbaar ontwerp. Overigens houden we ons hier niet bezig met de technische aspecten van zo’n instrument. We stellen wel de functionele eisen op waar de NIRSpec aan moet voldoen.”


Wat verwacht u zoal van de NIRSpec?
“Hij werkt op golflengtes van 0,6 tot 5 micron. We kunnen er allerlei objecten mee bestuderen. We deden onlangs onderzoek naar bijvoorbeeld kleine en heel compacte stelsels met een roodverschuiving 2 tot 4. Dan kijk je naar stelsels toen het heelal circa 2 miljard jaar oud was. We begrijpen niet hoe die stelsels zo vroeg in de geschiedenis van het heelal al zo massief kunnen zijn. De gangbare theorie zegt namelijk dat grote sterrenstelsels ontstaan door botsingen en samensmelting van kleinere stelsels. Het is een heel aardig raadsel dat Moeder Natuur ons hier gestuurd heeft. Onze Leidse onderzoeksgroep heeft spectra genomen van deze stelsels, maar met de NIRSpec kan dat straks 100 tot 1000 keer beter. Het zijn die grote raadsels van het jonge heelal waarmee we ons bezig gaan houden. Zaken die we zien, maar niet kunnen voorspellen met de gangbare modellen.”

“Het zijn die grote raadsels van het jonge heelal waar we ons mee bezig gaan houden. Zaken die we zien, maar niet kunnen voorspellen met de gangbare modellen.”

Zenit113
U heeft namens de NIRSpec ook de JWST Science Working Group vertegenwoordigd. Vertel daar eens wat meer over.
“Dat was van 2006 tot 2015. Ik moest ervoor zorgen dat de wetenschappelijke aspecten van de NIRSpec goed naar voren komen tijdens de missie. Niet alleen moet het instrument goed werken, maar ook moet de telescoop geschikte beelden kunnen leveren aan het instrument. Verder denkt de Science Working Group ook mee over allerlei praktische zaken. Denk aan hoeveel thermisch licht de telescoop gaat uitstralen. Daar kunnen de instrumenten last van ondervinden omdat de JWST voornamelijk in het infrarood waarneemt. Technisch is er heel veel mogelijk om problemen te voorkomen, maar hoe beter je het wil hebben, hoe duurder het wordt. Wij adviseren de manager over de wetenschappelijke gevolgen en hij mag vervolgens beslissen wat haalbaar is.”

Het sterrenstelsel GN-z11, de huidige houder van het afstandsrecord in het heelal, ontdekt

door de onderzoeksgroep waar ook Marijn Franx deel van uit maakt. Het opmerkelijkste

aan dit stelsel is niet zozeer de recordafstand, maar het feit dat het enorm helder is. Kennelijk

kwamen er al heel vroeg in de geschiedenis van het heelal dergelijke extreem heldere

sterrenstelsels voor. De James Webb Space Telescope kan in 1000 seconden een goed spectrum

opnemen van dit stelsel - waar nu de Hubble vele weken over zou doen. (Foto: NASA)


“Daarbij moet je ook meenemen dat je in een ruimtemissie zoals die van de JWST tegen allerlei onverwachte zaken kunt aanlopen. Ik zeg weleens: ‘Je moet het onverwachte kunnen verwachten.’ Anders dan met de Hubble kunnen we geen onderhoudsvlucht naar de James Webb uitvoeren. Er zijn geen spaceshuttles meer en bovendien bevindt de JWST zich op 1,5 miljoen kilometer van de aarde (zie p.17 in dit Zenit-nummer). Een van de andere taken is om aan andere astronomen uit te leggen wat de James Webb allemaal kan zodat ze straks zinvolle onderzoeksvoorstellen kunnen indienen.”
U schreef eerder over de James Webb: “De vooruitgang is zo groot, dat we nog steeds bezig zijn om onderzoeksvragen te definiëren. Bij het vinden van de antwoorden vallen we van de ene verbazing in de andere.” Kunt u dat nog verder toelichten?
“Ik hoop écht dat we van de ene verbazing in de andere vallen. Vergelijk eens wat de Hubble onderzocht heeft, met het onderzoek waaraan mensen in de voorbereidingsfase dachten. Daar zit een groot verschil tussen. De Hubble heeft enerzijds zijn naam hooggehouden, door de waarde van de Hubble-constante (de maat voor de uitdijing van het heelal) nauwkeurig te bepalen. Daarnaast is er met de Hubble veel onderzoek gedaan aan zwarte gaten. Maar de grootste impact had de ontdekking van de versnelde uitdijing van het heelal en de daarmee samenhangende donkere energie. Ook andere onderzoeksonderwerpen stonden nog in de kinderschoenen bij de lancering van de Hubble. En niemand had verwacht dat we nu met telescopen de atmosfeer van een exoplaneet kunnen bestuderen. We hopen met de James Webb weer van dergelijke verrassingen te vinden, dingen te ontdekken waar we nu nog geen weet van hebben.”
De ontwikkeling loopt vanaf 2011 dus goed, zei u eerder. Tot die tijd waren er flinke vertragingen en was er een budgettekort. Heeft u in die periode daar nog veel mee te maken gehad? “Een van de grote problemen was dat de James Webb van NASA systematisch minder geld kreeg dan nodig was. De NASA had door allerlei interne politieke zaken namelijk moeite om prioriteiten in haar ruimtevaartprogramma te stellen, waardoor de fabrikant te weinig geld kreeg en zijn planning moest aanpassen. In zulke gevallen wordt de rekening altijd hoger. Ook werd het echt even crisis toen een begrotingscommissie uit het Amerikaanse Huis van Afgevaardigden de JWST voorgoed aan de grond wilde houden en we niet wisten wat er ging gebeuren. Wij wetenschappers zien die financiële problemen overigens nauwelijks, we zijn immers niet de accountants.” “Maar goed, de problemen zijn vanaf 2010 gesignaleerd en sindsdien gaat alles goed. Er zijn wel wat technische problemen geweest, maar die horen er in een project van deze omvang nu eenmaal bij en waren ook voorzien.”

Hoe is in 2010 het probleem voorgoed opgelost?
“Er waren toen verschillende Republikeinen in het Amerikaanse Congres die het project te duur vonden. Er is toen een compromis gesloten waarbij voor de NASA drie hoofddoelen zijn vastgesteld. De James Webb werd een van deze topprioriteiten en als een van deze hoofddoelen staat de ruimtetelescoop bij iedereen helder op het netvlies. Iedereen weet namelijk dat je vijanden krijgt in Washington als het nu misgaat. En vijanden wil je niet, omdat je daarmee ook de realisatie van andere projecten schaadt.”

“Iedereen weet namelijk dat je vijanden krijgt in Washington als het nu misgaat. En vijanden wil je niet, omdat je daarmee ook de realisatie van andere projecten schaadt.”

Andere ruimtetelescopen zoals de Europese Gaia en Herschel kostten beide circa 1 miljard dollar. De James Webb kost zo’n 8 miljard. Gaat de James Webb ons ook 4 keer zoveel leren als die andere twee samen?
“Dat is een interessante vraag. Ik denk het wel, al weet je nooit wat de Gaia (een astrometrische satelliet met als voornaamste doel het opstellen van een 3D-catalogus van 1 miljard sterren in ons melkwegstelsel) allemaal kan vinden. Het onverwachte element in de Gaia-missie is namelijk heel groot. Van de James Webb kunnen bijna alle deelgebieden van de astronomie profiteren. Als je kijkt hoe groot de wetenschappelijke impact van de Hubble is geweest, dan mogen we hopen dat de James Webb om die reden zijn geld meer dan waard zal zijn.”

Uw Spinozapremie ging ook grotendeels naar de JWST. Wat waren uw argumenten in de discussie om het geld vrijwel niet aan andere projecten te spenderen?
“Nou ja, zoals ik al zei is de James Webb heel erg breed inzetbaar. De telescoop bestudeert zowel objecten in ons eigen zonnestelsel als de verst verwijderde sterrenstelsels in het heelal. Daarbij gaat het vaak om het waarnemen van hetzelfde object in verschillende golflengtegebieden. Het levert namelijk veel meer informatie op als je een röntgenbron ook in het infrarood observeert. In de praktijk werken telescopen daarom veel met elkaar samen. Je gaat vaak pas met James Webb naar een object kijken als andere telescopen het ook al waargenomen hebben. Ook komt er meer aandacht voor fenomenen als explosieve verschijnselen rondom zwarte gaten die je met zoveel mogelijk telescopen tegelijk wil bekijken. Telescopen zijn vaak complementair.”

Maar toch. Hoe voelt het om te werken aan het duurste ding dat ooit in één keer naar boven zal worden geschoten?
“Ik ben ervan overtuigd dat sommige militaire satellieten veel duurder zijn, alleen horen we dat nooit. De fabrikant die de telescoop bouwt is Northrop Grumman, die meestal systemen bouwt voor de Amerikaanse defensie. Daar wordt veel meer geld in gestoken en voor Northrop Grumman is de JWST een klein project! Ze kunnen de telescoop bouwen vanwege hun ervaringen met defensiesatellieten. Financieel gezien is de James Webb niet meer dan een stel B-2-stealth-bommenwerpers.”

Zenit112“Financieel gezien is de James Webb niet meer dan een stel B2-stealth-bommenwerpers.”

De James Webb wordt de opvolger van de iconische Hubble. De telescoop werkt in het infrarood, dat is toch minder ‘sexy’ dan die prachtige Hubble- foto’s in zichtbaar licht?
“Het maakt denk ik voor veel mensen niet zoveel uit in welk golflengtegebied een object nu precies wordt afgebeeld. Opnamen in het infrarood of ultraviolet, straling waarvoor onze ogen niet gevoelig zijn, worden vaak in kunstmatige, visuele kleuren afgebeeld, en die zien er dan net zo prachtig uit. Je moet overigens zeker je best doen om mooie plaatjes te maken, want die spreken het meest tot de verbeelding. Een van de moeilijke dingen is om een spectrum mooi weer te geven. Er wordt nu al over nagedacht hoe we dat soort plaatjes met NIRSpec gaan maken. Want die afbeeldingen zijn een belangrijke rechtvaardiging van ons werk om aan de belastingbetaler te laten zien wat een dergelijk uit publieke middelen gefinancierd project oplevert. Dankzij publieke steun is ook de operationele duur van de Hubble verlengd door een laatste onderhoudsmissie in 2006. De publieke steun voor James Webb is ook heel groot. De fascinatie van mensen over het heelal is de reden dat we dit onderzoek mogen doen. Zo eenvoudig is het.”

De Hubble is nog gebruikt door enkele amateurs. Zijn er dergelijke plannen ook voor de James Webb?
“Dat weet ik niet, maar waarschijnlijk zullen hierover wel ideeën circuleren. Het is heel leuk om mensen daarover te laten nadenken. Iedereen ziet ook wel in dat de belastingbetalers iets terug mogen verwachten.”

Wat voor belang hecht u aan een goedlopende organisatie van sterrenkundige amateurs?
“Het is voor ons heel belangrijk dat een blad als Zenit bestaat. Dat is namelijk een van de manieren om ons onderzoek voor het voetlicht te brengen voor belangstellenden. Eigenlijk wil ik het niet hebben over amateurs, maar over liefhebbers. Laatst zag ik een prachtige amateuropname van de Andromedanevel door een H-alfa-filter. Ik weet niet wie van mijn collega’s dat na kan doen.”

U gaat onderzoek doen met de James Webb, de beste kijker die er dan zal zijn. Kijkt u zelf ook nog wel eens door een gewone amateurtelescoop?
“Jajajaja! Ik vind het ontzettend leuk! Een van de mooiste dingen is de zon door een H-alfa-filter. Dat is echt heel mooi. Je ziet dan veel meer structuur dan door een gewone kijker, de zon komt echt tot leven. En ik kan me herinneren dat ik Saturnus door een goede telescoop zag. Fantastisch! Ik heb zelf een klein kijkertje thuis staan en het is echt heel mooi om daarmee de kraters op de maan te zien. Ik ben een keer op Hawaï omhoog gelopen naar de Keck-sterrenwacht op de vierduizend meter hoge Mauna Kea. Je ogen raken daar zo gewend aan de duisternis dat je al die kleuren van de sterren kunt zien. Ook zonder telescoop is de sterrenhemel prachtig!”

Het Hubble Extreme Deep Field, het meest gevoelige plaatje van de hemel. De sterrenstelsels

op deze opname staan zo ver weg dat hun licht er ongeveer 13 miljard jaar over

heeft gedaan om ons te bereiken. We kunnen dus direct terugkijken naar de tijd toen het

heelal 20 maal jonger was dan nu. (Foto: NASA)



 

 

Weersverwachting

Foto van de dag

Tweets over sterrenkunde

Contact

Stip Media

Louise de Colignystraat 15 

1814 JA Alkmaar

+3172 531 49 78

info@zenitonline.nl