2023-01 MIRA Ceti sprak met... Jan Cami

De Vlaamse astronoom Jan Cami (°1972), professor aan het departement natuurkunde en sterrenkunde van de Western University in Ontario, Canada dacht voor slechts enkele jaren van huis te zijn voor een doctoraat in de sterrenkunde, maar intussen is hij al meer dan kwarteeuw bezig in het buitenland met heel boeiend onderzoek.

In onderstaand interview kom je heel wat te weten over de zoektocht naar intelligent buitenaards leven, over mysterieuzer diffuse absorptiebanden in spectra en over supermoleculen tussen de sterren. Maar ook over het engagement van Jan Cami naar het publiek toe om sterrenkunde voor iedereen toegankelijk te maken.

 

 

Copyright afbeelding: Volkssterrenwacht MIRA

 

Dag Jan, naar aanleiding van het MIRA zomerkamp van vorige zomer maakte je voor ons een knap filmpje over de zoektocht naar intelligent buitenaards leven. Nogmaals veel dank daarvoor, de kinderen reageerden erg enthousiast. Aan het eind van het filmpje stond je uitleg te geven voor een imposant sterrenkundig landschap.

Mooi dat je dat opgemerkt hebt, het is inderdaad een bijzondere foto, één van mijn favorieten. De foto is van Rogelio Bernal Andreo, één van de beste astrofotografen ter wereld. Het is een heel kleurrijk beeld en stelt een tamelijk groot stuk sterrenhemel voor rond de dubbelster Rho Ophiuchi.

 

>>>  Om de prachtige afbeelding te zien op de website Astronomy Picture of the Day: klik hier. <<<

 

Als je inzoomt krijg je een enorm aantal sterren te zien, daarnaast zijn er allerlei nevels te zien: emissienevels, reflectienevels en absorptienevels. Er is de bolvormige sterrenhoop M4 te zien. En rechts daarvan de rode superreus Antares. Dat is een ster die me van jongs af aan geïntrigeerd heeft. In Vlaanderen zie je Antares nooit erg hoog boven de horizon, maar als je zuidwaarts trekt komt de steeds hoger te staan. Bij ons in het zuidoosten van Canada zitten wij op ongeveer 43 graden noorderbreedte en kunnen wij het ganse sterrenbeeld Schorpioen zien. Dé blikvanger daarin is de felgele heldere ster Antares. Het is niet voor niets dat we één van onze drie poezen thuis, een rosse kater, ook Antares genoemd hebben.

 

De bekende Orionnevel is ook één van jouw favoriete objecten, niet?

Zeer zeker. Zoals je weet is mijn vrouw Els Peeters ook professor sterrenkunde aan dezelfde universiteit als ik, en zij is Principal Investigator van het Orionprogramma dat met de James Webb Space Telescope gerealiseerd wordt.

De Orionnevel is één van de fascinerendste objecten aan de hemel: vanaf een donkere plek kan je hem met het blote oog zien, en met een kleine telescoop zie je er al structuur in. Het wordt vooral interessant als je een camera achter de telescoop plaatst. Wanneer je dan wat speelt met de hoeveelheid licht die je laat passeren, zie je een duidelijk verschil in contrast tussen de helderste stukken in de nevel en de stukken die subtieler om waar te nemen zijn.

Waar wij specifiek naar kijken is de zogenaamde Orion Bar, een imposante balkvormige structuur in die nevel. Bij de beelden die de Hubble Space Telescope daarvan gemaakt heeft springen de zogenaamde ‘Proplyds’ in het oog. Proplyd is een afkorting voor ‘Protoplanetary Disk’, schijven geïoniseerde materie rond pas gevormde sterren waaruit nadien planeten zullen ontstaan. Je ziet in de Hubblebeelden die proplyds in silhouet ten opzichte van het gas dat op de achtergrond aan het stralen is. Met de James Webb Space Telescope gaan we nu een stap verder en kijken we heel gericht naar hoe het geïoniseerde gas moleculair gas wordt.

Op 11 september 2022 ontvingen wij de eerste resultaten van de waarnemingen van de Orionnevel met de JWST. Het was één van de eerste dertien projecten die door de nieuwe ruimtetelescoop werden gerealiseerd en het leverde ons data op van ongeveer veertig uur waarnemen. Het waren meteen ook de meest gedetailleerde en meest scherpe beelden die ooit gemaakt werden van dit centrale deel van de Orionnevel. We zijn momenteel aan aantal artikels bezig over die waarnemingen. Door waar te nemen in het infrarood kunnen we de proplyds gewoon zelf zien stralen en zien we er structuren in die de HST daar nooit in gezien heeft.

 

 

Copyright afbeelding: NASA, ESA, CSA, PDRs4All ERS Team

 

De waarnemingen die wij van de JWST ontvangen hebben zijn zo fenomenaal dat je er qua spectroscopie bijna oneindig ver kan in gaan. Als je voor zo’n proplyd op elke pixel de straling isoleert die afkomstig is van [Fe II], dus geioniseerd ijzer – wetende dit een isotoop is die door schokken veroorzaakt wordt – en als we daarnaast ook nog alle sporen van moleculaire waterstof uit het spectrum halen, en het resultaat contrasteren, dan is het door de infraroodwaarneming mogelijk de proplyd te zien zitten met jets die eruit komen en zo schokken veroorzaken in de materieschijf.

Dat vraagt wel enorm veel werk, want in zo’n geïoniseerd gebied detecteert de JWST superveel recombinatielijnen van waterstof. Het is het bekende mechanisme: een vrij elektron wordt ingevangen door een ion, heeft een te hoog energieniveau en valt dan stelselmatig terug naar een lager energieniveau. Zo verschijnt er een H-alfa spectraallijn wanneer bij waterstof een elektron van het derde naar het tweede laagste energieniveau terugvalt. In het infrarood zien we waterstofspectraallijnen bij een terugval van niveau tien tot aan niveau zeven.

Maar in de spectra die de JWST ons bezorgde zagen we zoveel lijnen dat de gekende recombinatielijnen van waterstof niet genoeg waren. Dus hebben we die uitgebreid tot energieniveau 30, maar ook dat was niet genoeg. We hebben uitgebreid tot energieniveau 50. Nog niet genoeg. We zien nog meer waterstofabsorptielijnen, maar niemand heeft ooit uitgerekend wat er boven energieniveau 50 is… Dat is op zich geen groot probleem, want al wat boven 50 ligt, ligt allemaal extreem dicht bij mekaar, op zich maakt dat voor ons niet zoveel uit. En we zijn ook niet super geïnteresseerd in die recombinatie van waterstof, het zijn de sporen van de andere elementen die we willen bestuderen. Maar je kan die alleen maar bestuderen als je eerst al die waterstoflijnen kan elimineren. En dat is dus een hele klus.

 

Onderzoek is één ding, maar ik weet dat jij ook wel heel erg bezig bent met het begeleiden van studenten en met activiteiten voor het grote publiek?

Zelf onderzoek doen is natuurlijk het fijnste wat je als wetenschapper kan doen, omdat het gaat om proberen grenzen te verleggen op terreinen waar je toch al wel wat over weet en waar je zelf door gefascineerd bent. Maar ik zal het filosofisch stellen: je leert in de loop van je carrière ook dingen over te laten voor de volgende generatie onderzoekers. Het is trouwens mijn grootste opdracht aan de universiteit om mijn eigen studenten te begeleiden en om hen te tonen hoe je zo’n onderzoek aanpakt. Maar het zijn dus wel degelijk zij die het onderzoek doen. Mijn vrouw Els en ik begeleiden alles samen een 15 à 20 personen: postdocs, doctoraatstudenten, masterstudenten, en een aantal studenten die tijdens de zomer komen meewerken in onze onderzoeksgroep. En ik mag zeggen: die samenwerking verloopt prima.

Wat mijn eigen onderzoek betreft, kan ik het mij permitteren om me echt met heel kleine dingen bezig te houden. Soms is het immers belangrijk om in verband met bepaalde problematieken de details goed te krijgen. En pas als dat het geval is, kan je daar de juiste conclusies uit trekken. Ik kan daar tijd in steken want ik heb mijn job als sterrenkundige, en als dat detailonderzoek nergens toe leidt, is dat geen ramp. Voor studenten is het wel heel belangrijk dat ze met relevante projecten bezig zijn waarover ze kunnen publiceren. Dat is nodig voor hun verdere wetenschappelijke carrière.

 

Naar het grote publiek toe ben jij ook de drijvende kracht achter jullie universiteitssterrenwacht?

Ja, officieel is de naam ervan de Hume Cronyn Memorial Observatory, en die dateert van 1940, maar werd jarenlang zo goed als niet gebruikt. Toen ik in 2006 bij Western aankwam, nam de departementsvoorzitter me mee naar die sterrenwacht, en zei me: “Kijk, hier is een sterrenwacht, als je er iets mee kan doen, dan is hij voor jou.”

Nu moet je weten dat er daar een refractor staat van maar liefst 25 cm, dat is de grootste refractor in Canada die voor het publiek toegankelijk is. Als amateursterrenkundige dacht ik meteen: wow, met zo’n instrument vallen er best heel wat interessante dingen te bekijken. En dat bleek ook zo te zijn, ik kon met die lenzenkijker bijvoorbeeld haarscherp een drievoudige transit van de manen van Jupiter waarnemen, werkelijk fenomenaal!

Dus ik was meteen enthousiast om daar aan de slag te gaan. Wetende dat de universiteit niet echt grote budgetten zou investeren. En dat zij de sterrenwacht ook niet zien als een prioriteit. Maar ik vind het wel belangrijk om publieksgerichte activiteiten te doen. Dat is een beetje uit idealisme, ik heb er vroeger zelf ook veel aan gehad dat mensen die één en ander wisten over sterrenkunde en over telescopen hun tijd namen om mij bepaalde dingen uit te leggen. Daarom ook dat ik graag demonstraties en experimentele opstellingen uitwerk om het publiek te informeren en om met hen de verwondering over de wereld van sterren en planeten te delen. En ook om geregeld met nieuwe dingen uit te pakken, omdat er een boel mensen zijn die we onze vaste bezoekers mogen noemen en je kan hen toch niet elke keer exact hetzelfde aanbieden.

We doen één opendeur per maand en voorts komen er scholen op bezoek en zijn er ook groepen die de sterrenwacht afhuren. In 2019, dus vóór corona, hadden wij 130 evenementen met een kleine 7.000 bezoekers, mooie cijfers, nietwaar? Om de boel te doen draaien krijg ik hulp van enkele doctoraatstudenten, en daarnaast zijn er een aantal amateursterrenkundigen die als vrijwilliger bij ons actief zijn. Corona heeft net zoals overal elders een normale werking onmogelijk gemaakt, maar intussen zijn we opnieuw ijverig met onze activiteiten bezig.

 

Ik was ook danig onder de indruk van wat ik op jullie website zag over jullie wetenschapsfestival…

Voor de universiteit gaat officieel 40% van mijn tijd naar onderzoek, 40% naar lesgeven en 20% naar service. En officieel is voor de universiteit mijn enige servicewerk die sterrenwacht. Maar daarnaast organiseer ik inderdaad ook elk jaar in mei een groot wetenschapsfestival. Daar zijn dit jaar zo’n 4.000 personen op afgekomen. En om een dergelijk festival tot een succes te maken, steek je daar veel werk en tijd in. Concreet ben in zowat negen maanden bezig om dat voor te bereiden.

Daarnaast geef ik ook nog lezingen en werk ik met heel wat scholen samen, dus ik doe veel meer dan 20% aan service. Dat hoeft dus niet, maar het wordt wel geapprecieerd. En bij de activiteiten op ons wetenschapsfestival probeer ik ook zo vaak als mogelijk bijzondere en unieke projecten van Western in de kijker te zetten. Bij het laatste festival hebben we bijvoorbeeld The Northern Tornadoes Project voorgesteld, een project dat probeert beter zicht te krijgen op de impact van tornado’s in Canada, en dit via een demonstratie met drones in het stadion waar alles zich afspeelde, dat sprak zeer tot de verbeelding van de aanwezigen.

Op zo’n dag krijg je te maken met een paar duizend kinderen die allemaal heel enthousiast en verwonderd zijn. Wellicht zijn er daar een aantal bij die na zo’n evenement helemaal weg zijn van wetenschap en op basis daarvan overwegen om wetenschappen te studeren, en zoiets vind ik fantastisch.

Voor onze editie van 2022 had ik trouwens een speciale finale voorzien, waarbij ik mijn spectroscopische fantasieën kon uitleven. Sommige collega’s waren sceptisch en dachten dat het me nooit zou lukken om spectroscopie op een leuke maar ook een leerrijke manier voor te stellen. Ik daarentegen was ervan overtuigd dat het wel kon: met vuurwerk. Bij een fabrikant liet ik speciale vuurpijlen maken, zodat het met diffractiebrilletjes mogelijk was om te achterhalen welke chemicaliën er voor het vuurwerk gebruikt waren. En dat die vuurwerkshow een groot succes was kan je wel raden.

Hier zie je een foto van het vuurwerk, maar dan gefotografeerd doorheen een diffractiebril. Als je goed kijkt, zie je wat lijnen van natrium - sommige spectra hebben een heldere gele lijn, dat is natrium - en van strontium - de zwakkere, rode 'ladders' die je vooral aan de zijkant ziet.

 

 

Copyright afbeelding: Henry Leparskas

 

Onlangs werd trouwens officieel aangekondigd dat we de nationale STEAM Big! Award gewonnen hebben voor ons festival...



Hoe ben je in de sterrenkunde terechtgekomen, Jan?

Via mijn vader die natuurkundige was. Toen ik nog zeer jong was had hij bij mij al die drang om te ontdekken en te willen begrijpen opgemerkt. Hij leerde mij de Grote en Kleine Beer kennen en met behulp van een sterrenkaart leerde ik al gauw meer en meer sterrenbeelden terugvinden aan de hemel. Ik las ook graag over sterrenkunde, ik beschikte weldra over een bescheiden tweedehands telescoopje waarmee ik op verkenning trok langs de sterrenhemel. En toen ik me daarna aansloot bij de JVS-kern Sirius in Aalst kon ik me helemaal uitleven als amateursterrenkundige.

Na mijn humaniora trok ik naar Leuven om er aan de universiteit fysica te gaan studeren. En voor mijn licentiaatsthesis kon ik aan de slag bij Christoffel Waelkens, hoofd van het Instituut voor Sterrenkunde.

In Leuven was er niet meteen de mogelijkheid om een doctoraat in de sterrenkunde te doen, maar dat kon wel elders in Europa via een Europees masterprogramma. Daarvoor diende ik eerst gedurende een half jaar in Portugal cursussen te volgen en examens af te leggen, daarna kon ik dan ergens anders in Europa voor een half jaar onderzoek gaan doen. Naar het buitenland gaan sprak me in eerste instantie totaal niet aan, want ik ben een familiemens en had ook een druk sociaal leven. Ik was bijvoorbeeld actief in een koor, zat bij de KSA en tijdens mijn studentenjaren was ik preses geweest van WINA, de kring voor studenten wiskunde en natuurkunde.

Nu goed, na veel wikken en wegen leken enkele maanden buitenland wel iets dat ik zou overleven. En zo trok ik vol goede moed eind september 1995 naar Porto waar we zes dagen op zeven les hadden, per week passeerde er zowaar een volledige doctoraatscursus. We hadden drie uur les per dag, de rest van de dag hadden we nodig om alle studiemateriaal verder uit te werken en in te studeren. In februari volgende tien examens in één week, het was dus hard werken, maar ik heb daar in Portugal wel heel veel astrofysica geleerd.

Voor mijn onderzoeksproject was ik meteen gefascineerd door een onderzoek in verband met diffuse interstellaire banden, dat zijn absorptielijnen die van interstellaire moleculen komen, maar we weten eigenlijk niet goed wat voor dingen het zijn. Daarvoor moest ik in Leiden zijn, dat is wel niet in België, maar het is toch niet te ver van huis.

Dat project viel supergoed mee, en men bood me toen de gelegenheid om in Groningen aan een doctoraat te beginnen. Dat aanbod kon ik moeilijk weigeren, en daarmee was ik opnieuw vier jaar bezig met astronomisch onderzoek. Ik kon me nadien nog altijd wel een job zoeken in België.

Terwijl ik daar met mijn doctoraat bezig was, keerde Xander Tielens terug uit Amerika naar Nederland, hij is dé autoriteit op gebied van het fysisch en scheikundig onderzoek van interstellaire materialen. Hij zei me dat in verband met die diffuse interstellaire banden men bij NASA in Californië bezig was met allerlei laboratoriumexperimenten. De onderzoekers daar zagen het wel zitten om samen te werken, dus ik vroeg een beurs aan, kreeg positief antwoord en verhuisde naar Californië voor een postdoc van twee jaar. En uiteindelijk ben ik daar bijna vijf jaar gebleven. Gelukkig was mijn vrouw ondertussen ook naar ginds verhuisd voor haar onderzoek.

 

Jullie hebben mekaar leren kennen tijdens jullie studies in Leuven, nietwaar?

Dat klopt, al in het eerste jaar, in de eerste les analyse. Els is na haar master direct aan een doctoraat kunnen beginnen in Leuven, dat ging over halfgeleiderfysica. Maar toen ik in Groningen zat voor mijn doctoraat, waren er ook nog enkele posities vacant voor een doctoraat in de sterrenkunde, en dat vond zij toch net een stuk boeiender dan het onderwerp waarmee zij bezig was, en dus is zij ook naar Groningen gekomen. En toen ik naar Californië vertrok kon Els ook een beursaanvraag doen voor onderzoek op hetzelfde NASA's Ames Research Center. Dat is ook in orde gekomen en een half jaar later kon zij bij NASA aan de slag.

We zijn daar ruim vier jaar gebleven. Maar omdat het telkens een heel gedoe was om opnieuw een beurs aan te vragen en ook omdat de focus bij NASA verschoof van wetenschappelijk onderzoek naar het voornemen om met astronauten weer te keren naar de Maan leek het ons raadzaam om elders aan de slag te gaan. En Els vond een interessante aanbieding aan de Western University in Canada, zij kon daar meteen beginnen als professor sterrenkunde.  

 

Nu was het jouw beurt om haar te volgen?

Inderdaad, aan de universiteit is er een programma om tijdelijke posities te creëren voor partners van academisch personeel. Zo ben ook ik daar begonnen. En na enkele jaren is mijn tijdelijk contract omgezet in een permanent contract, en zo zijn Els en ik weer collega’s.

 

 

Gebouw natuurkunde en sterrenkunde van de Western University

Copyright afbeelding: Creative Commons & R. Schneider via Wikipedia

 

Voor iemand die dacht niet zonder de heimat te kunnen ben je nu toch al wel een hele poos weg uit ons land…

Ja, ik ben in 1995 vertrokken uit België met het gedacht dat het maar voor drie maanden zou zijn, en kijk, ondertussen zijn we 27 jaar later. Maar hoe goed we het momenteel ook hebben in Canada, toch zijn Els en ik het erover eens dat we na onze professionele carrière wel definitief terugkeren naar ons land.

 

Een onderwerp dat vele mensen boeit is de zoektocht naar buitenaards leven. In dit verband is het SETI-instituut heel bekend, en jij bent zowaar medewerker van dit instituut?

Dat is juist. Sinds 2005 ben ik verbonden aan SETI. Nu moet je weten dat in de tijd dat ik bij NASA werkte SETI zich letterlijk aan de overkant van de straat bevond, en er waren toen veel mensen van NASA die ook bij SETI werkten.

Het SETI-instituut is een non-profitorganisatie die indertijd – half de jaren 1980 – is opgericht door onder andere Frank Drake, Jill Tarter en Carl Sagan, allen grote namen op het vlak van de zoektocht naar buitenaards leven en vooral ook buitenaards intelligent leven. In de beginperiode kreeg het instituut financiële ondersteuning door NASA, maar na een tijd heeft men bij NASA beslist om daar mee te stoppen. En zo is SETI een onderzoeksinstituut geworden dat op eigen benen staat.

 

 

Copyright afbeelding: SETI Institute

 

SETI gaat wel heel breed in die ‘Search for ExtraTerrestrial Intelligence’. Er zijn collega’s die onderzoek doen naar de manen van Saturnus, er zijn er die elk jaar gaan duiken in Antarctica op zoek naar microben onder dikke ijslagen, enzovoort. Het onderzoek is dus erg gevarieerd, de rode draad is dat het steeds te maken heeft met de zoektocht naar de oorsprong en de verspreiding van leven in het heelal. De zoektocht naar technocratische signaturen, met andere woorden naar intelligent leven, is daar slechts een klein onderdeel van.

Wij zijn bij SETI terechtgekomen omdat het als buitenlander bij een overheidsinstantie als NASA toch een heel gedoe is qua administratie en om financieel ondersteund te worden bij je onderzoek, terwijl dat bij SETI toentertijd net wat vlotter liep. We zijn trouwens op job interview geweest bij Frank Drake zelf. Ik heb het voorrecht gehad om hem verschillende keren te ontmoeten, de laatste keer dat ik hem zag heb ik nog koffie voor hem gezet. Frank Drake was echt een heel fijne kerel.

 

Hoe zit het intussen met SETI@home?

SETI@home is niet een project van het SETI-instituut, maar wel van de universiteit van Berkeley. Het was sinds 1999 een project waaraan vrijwilligers konden deelnemen om mee de gigantische hoeveelheid data te analyseren op zoek naar mogelijke sporen van een intelligente beschaving. Dat konden ze doen door op hun pc een programma te installeren waarmee ze kleine pakketjes van deze gegevens konden binnenhalen, analyseren en nadien terug doorsturen naar SETI@home. En dat project is toch redelijk succesvol geweest, maar tegenwoordig staat het op een laag pitje, dit op initiatief van de beheerders van de website.

Een project waar het SETI-instituut momenteel druk mee bezig is, is de Allen Telescope Array. Dat is een serie van 42 radiotelescopen die met mekaar verbonden zijn en zo een reusachtige interferometer vormen. De Allen Telescope Array of ATA is vernoemd naar Paul Allen, de rijke miljardair die mee Microsoft opgericht heeft en die zorgde voor een groot deel van de financiering van het project. Met een dergelijke infrastructuur kan er 24 uur op 24 waargenomen worden. De waarnemingen met de ATA zijn van belang voor astrofysisch onderzoek, maar tegelijkertijd wordt alle binnengehaalde informatie ook gescand op eventuele technologische signalen. En dat gebeurt aan een redelijk hoog tempo: binnen 20 à 30 jaar zouden we een paar miljoen sterren moeten hebben gescand.

Je kent ongetwijfeld de Drake Equation, de vergelijking die Frank Drake begin de jaren 1960 opstelde waarbij op basis van een aantal parameters een schatting kan gemaakt worden van het aantal intelligente beschavingen dat ons sterrenstelsel zou herbergen. Dankzij de ontdekkingen van exoplaneten door de Kepler-ruimtetelescoop kunnen we er nu van uitgaan dat voor de drie eerste termen van de Drake-vergelijking het gaat om gemiddeld drie aardachtige planeten per ster. Maar voor de vier volgende termen van de vergelijking tasten we nog in het duister. En als je om daar meer over te weten naar slechts honderd sterren kijkt en je vindt daar geen technocratisch signatuur, weet je eigenlijk nog niet zoveel. Maar als je naar een tiental miljoen nabije sterren kijkt en naar een paar helderder verder afgelegen sterren en je vindt daar nog steeds niets, dan mag je toch al concluderen dat de kans dat het product van die laatste termen van de Drake-vergelijking heel groot is niet zo groot is natuurlijk.

 

Tegenwoordig hoor je meer van het project Breakthrough Initiatives dan van SETI, waarom wordt er niet samengewerkt? Is het een kwestie van ego’s die zichzelf in de kijker willen stellen?

Bij Breakthrough is men inderdaad met een vergelijkbaar project bezig. De grootste geldschieter van Breakthrough is miljardair Joeri Milner die toch wel oprecht in de zoektocht naar intelligent buitenaards leven geïnteresseerd is. En hij is ervan overtuigd dat zijn project het beste middel is om tot resultaten te leiden.

 

Is er überhaupt een coherent plan bij die zoektocht naar buitenaards leven of doet ieder het volgens eigen inspiratie en op zijn eigen manier?

Bij het SETI-instituut worden met de Allen Telescope Array zoveel mogelijk verschillende objecten waargenomen en wil men zoveel mogelijk verschillende radiosignalen bekijken. En ze doen dat continu, dag na dag, nacht na nacht. Tot op heden zonder een signaal te detecteren dat wijst op een intelligente beschaving.

Ook voor het Breakthrough-project baseert men zich op radiowaarnemingen. Op zich is dat natuurlijk niet onzinnig, want er zijn radiofrequenties die interstellaire communicatie tussen verschillende beschavingen mogelijk zouden kunnen maken. Maar de vraag is of radiowaarnemingen het meest interessante middel zijn om dat te doen of niet.

Volgens bepaalde wetenschappers zijn er efficiëntere manieren om interstellair te communiceren, namelijk met laserpulsen. En zo heb je het project LaserSETI dat sinds 2017 operationeel is en de hele nachthemel afspeurt naar korte laserpulsen. Het voordeel van lasers is dat je met relatief weinig vermogen gepulsde signalen kan sturen die gemakkelijk te detecteren zijn omdat ze zo een heel klein frequentiegebied hebben en coherent zijn.

In de beginperiode ging het er niet altijd even wetenschappelijk aan toe, maar de laatste paar decennia is er op dat vlak toch veel vooruitgang gemaakt, er zijn veel verschillende benaderingswijzen, en vaak lijken die mij toch wel heel zinvol te zijn. Het idee blijft immers: als je niet zoekt, zal je ook niet vinden… Met de transitmethode kan je planeten ontdekken die voor hun ster voorbij trekken en dus een hoeveelheid sterlicht tegenhouden. Stel nu dat er op zo’n planeet een technologisch geëvolueerde beschaving woont, dan zouden die mogelijk een netwerk van geostationaire satellieten rond hun planeet kunnen hebben. En zo’n wolk satellieten in een geostationaire baan zou zeker ook signaal moeten achterlaten, een extra transitsignaal zeg maar. Mits de nodige gevoelige meetapparatuur moet je zoiets in principe kunnen detecteren.

 

Dat is heel wat anders dan speuren naar primitieve levensvormen op Mars of bij Enceladus?

Bij de Drake-vergelijking zijn we op zoek naar de vier laatste termen. Wat is de kans dat leven ontstaat? Wat is de kans dat dit leven evolueert tot intelligent leven? Wat is de kans dat dit intelligent leven communiceert op een manier die van buitenaf waargenomen kan worden? En hoe lang stuurt zo’n beschaving detecteerbare signalen uit?

Het product van die factoren weten we niet. We kunnen langs links beginnen zoeken, en dan gaan we inderdaad zoeken naar eenvoudige vormen van leven. Dat kan zijn op Mars, op Europa, op Enceladus, op Titan. Want als je in ons eigen zonnestelsel nog een andere wereld ontdekt waar leven zich ontwikkeld heeft, dan weet je dat de kans in één keer veel groter geworden is dat leven een vrij normaal verschijnsel is als de omstandigheden het ontstaan ervan toelaten. Of als we bij exoplaneten een significante zuurstofatmosfeer zouden ontdekken, dan zou dat ook een heel sterke indicatie zijn dat er daar mogelijk leven actief is.

 

Dankzij de James Webb Space Telescope weten we hier wellicht binnenkort meer over?

Met de JWST kunnen we inderdaad atmosferen detecteren rond exoplaneten, maar om die te analyseren is het toch niet zo simpel. Half december hadden we een conferentie over de eerste resultaten van de JWST waarbij er ook een lezing was over de eerste metingen van TRAPPIST-1, het beroemde exoplanetensysteem van Michaël Gillon. Op basis van de eerste waarnemingen zijn er bij die exoplaneten nog geen sporen aangetroffen die zouden kunnen wijzen in de richting van eventueel leven. Maar dit is nog maar een begin en het TRAPPIST-1 systeem zal zeker nog meer in detail door de JWST bestudeerd worden. Om tot resultaten te komen is er nog veel extra waarneemtijd nodig, we mogen dus zeker geen overhaaste conclusies trekken.

 

 

Copyright afbeelding: NASA Jet Prpulsion Laboratory

 

De JWST is trouwens niet de beste telescoop om dit soort onderzoek te doen. Deze ruimtetelescoop is met vooral één doel voor ogen ontwikkeld, namelijk om de eerste sterrenstelsels in het jonge heelal te kunnen zien. Al de rest die we met de JWST kunnen doen is mooi meegenomen, maar is niet primordiaal.

Om heel gedetailleerd de atmosferen van exoplaneten te bestuderen komt er een Europese satelliet, Ariel, die daar specifiek voor gemaakt is en als alles goed gaat tegen het eind van dit decennium zou gelanceerd worden. Dus binnen tien à vijftien jaar zullen we wellicht heel wat meer weten over atmosferen van exoplaneten. En misschien dat we ook op die manier zullen stuiten op biomarkers, tekens die wijzen op de aanwezigheid van leven. Persoonlijk meen ik dat de kans dat we stoten op technologische signalen die wijzen op intelligent leven niet zo groot is. Anderzijds lijkt het me plausibel dat de route naar biologie loopt via chemie. Let op, niet alle wetenschappers zullen het hiermee eens zijn. Maar ik zie chemie als koken: als je dezelfde ingrediënten neemt en hetzelfde recept volgt, krijg je uiteindelijk een vergelijkbaar resultaat. Als je bij een andere ster een planeet hebt zoals de Aarde, een rotsachtige planeet met water, die op dezelfde manier is gevormd, waar je ook allerlei chemicaliën aantreft die vanuit de ruimte zijn aangevoerd – en we weten intussen voor onze planeet dat dingen zoals aminozuren deel uitmaken van kometen, asteroïden en meteorieten en dat die in de periode toen onze Aarde zeer jong was in groten getale op onze planeet te pletter stortten – als je dan via chemie evolueert tot eenvoudige levensvormen, dan gaat naar mijn mening iets gelijkaardigs zich op vele aardachtige exoplaneten voordoen.

We leven alleszins in boeiende tijden waarbij er via allerlei projecten zowel naar simpel buitenaards leven gezocht wordt als naar intelligent buitenaards leven. En voorlopig vordert die zoektocht traag, want er zijn nu eenmaal zo ontzettend veel sterren en exoplaneten om te onderzoeken. Maar mijn prognose is dat we op de vraag of er buitenaards leven is over twintig à dertig jaar een veel duidelijker kwantitatief antwoord gaan hebben.

 

Nu hebben we het nog niet echt gehad over die mysterieuze diffuse interstellaire banden waarmee het voor jou allemaal begonnen is.

Die diffuse interstellaire banden of DIB’s maken nog altijd deel uit van het onderzoek waar ik mij mee bezig houd. Het gaat over raadselachtige absorptielijnen die we waarnemen in het spectrum van astronomische objecten in sterrenstelsels. Langs de ene kant is het vraagstuk groter geworden, want toen ik me in 1996 voor de DIB’s begon te interesseren waren er zowat 130 verschillende soorten gekend, terwijl we er momenteel 559 kennen in het optische deel van het spectrum en dan ook nog eens een paar tientallen in het nabije infrarood en ultraviolet. Anderzijds is het wel zo dat er toch al één molecule geïdentificeerd is als oorzaak van DIB’s, namelijk geïoniseerd buckminsterfullereen of afgekort C₆₀⁺. En wellicht zitten we daarmee in de goede richting te zoeken, want mogelijk zijn vele DIB’s veroorzaakt door PAK’s, dat zijn polycyclische aromatische koolwaterstoffen, en andere grote moleculen waarin koolstof een belangrijke rol speelt.

Ik ben zelf de PI van een groot waarneemprogramma waarbij we 28 nachten hebben gekregen op de Very Large Telescope om spectra te nemen van sterren die heel relevant zijn voor het onderzoek naar DIB’s. Om ons voorstel aanvaard te krijgen hebben we ervoor gezorgd dat het niet alleen voor onze DIB’s waardevol is, maar ook voor tal van andere onderzoeksdomeinen. En dat het bovendien ook een gemakkelijk uit te voeren programma was. We hebben het zo opgesteld dat elk waarneemblok ongeveer 20 minuten tijd van de VLT in beslag nam. Dat is praktisch, want de VLT is druk bevraagd en in het waarnemingsschema volgt de ene waarnemingssessie na de andere. Maar soms valt er al eens een gat van een half uur of een uur. En daar kan men dan korte sessies zoals die van ons tussen plannen.

Waar wij naar kijken zijn allemaal O- en B-sterren. Dat is voor twee redenen. Ten eerste zijn dat de helderste sterren, die kan je dus ook vanop zeer grote afstanden waarnemen en toch nog qua verhouding signaal-ruis kwalitatieve informatie binnenhalen. Ten tweede hebben die ver verwijderde O- en B-sterren minder stellaire absorptielijnen dan sterren van volgende generaties. Wij zijn geïnteresseerd in interstellaire lijnen, en dus willen we zo weinig mogelijk stellaire lijnen in de spectra die we ontvangen.

Voor ons waarneemproject hadden wij allemaal heldere O- en B-sterren geselecteerd die overal verspreid zitten aan de hemel. En dus kon men altijd wel ergens één van onze sterren tussen andere programma’s plannen om de tijd met de VLT zo efficiënt mogelijk in te vullen. En nu moeten we een grondige analyse maken van de spectra die we binnengekregen hebben. We zijn daar mee bezig, maar dat vordert langzaam omdat er dingen in onze waarnemingen zitten die we niet echt begrijpen.

Naast deze kostbare set aan waarnemingsdata waarover we nu beschikken is er de laatste tien jaar ook gigantisch veel vooruitgang gemaakt op het gebied van de laboratoriummetingen. En dat is allemaal niet zo evident. Je wil in het lab spectra hebben van mogelijke moleculen die die banden kunnen veroorzaken, maar wel zodanig dat de spectra uit het lab overeenkomen met de omstandigheden zoals die zijn in de interstellaire ruimte, dat wil bijvoorbeeld al zeggen dat het gaat om extreem lage temperaturen. Maar je moet de bestudeerde moleculen wel in hun gasfase krijgen, daarvoor moet je ze verdampen, en dat gebeurt op hoge temperaturen. Hoge temperaturen houdt in dat ze veel energie hebben en sterk vibreren, maar in die energietoestand zijn hun spectrale eigenschappen anders dan die van de moleculen in de ruimte. En dus moet je die verdampte moleculen eerst weer afkoelen zonder dat ze van aggregatietoestand veranderen.

Jarenlang was dat praktisch niet realiseerbaar, maar tegenwoordig lukt dat steeds beter en beter in het lab. En dat heeft onder andere geleid tot de identificatie van C₆₀⁺ als één van die DIB’s. De laatste jaren komen er stelselmatig artikels uit over metingen in het lab onder de juiste omstandigheden van het soort moleculen waarvan al jaren gesuggereerd wordt dat het wel eens geschikte kandidaten zouden kunnen zijn voor het identificeren van DIB’s. En wat blijkt? Veel van die moleculen blijken niet de juiste te zijn.

En dat vind ik nu juist zeer interessant. Want hoe meer we achterhalen dat die ene en die andere en nog een andere molecule niets met onze DIB’s te maken hebben, hoe meer we moeten beseffen dat er toch nog iets cruciaals ontbreekt in ons begrip ervan. Het heeft ongetwijfeld te maken met de structuur van de moleculen in kwestie. De precieze structuur hangt af van de geometrie van de molecule, van de grootte en van de temperatuur ervan. Bovendien hebben we op basis van de waargenomen spectra met de VLT vastgesteld dat die structuur niet in elke gezichtsrichting dezelfde is. Eens we na lange analyses alle nodige informatie uit onze data kunnen halen, zal dat ongetwijfeld de mogelijkheden beperken tot misschien een honderdtal moleculen die voor de DIB’s verantwoordelijk zijn. En dat aantal wordt werkbaar, dan is het kwestie van één na één na te gaan of ze verantwoordelijk zijn voor bepaalde van onze DIB’s.

 

 

Copyright afbeelding: NASA Public Domain via Wikipedia

 

Hoe belangrijk is dit onderzoek naar DIB’s? Want je hoort altijd over de zoektocht naar donkere materie en donkere energie, maar weinig over DIB’s.

Bij donkere materie en donkere energie gaat het over iets essentieel in onze beschrijving van materie, energie en de ruimtetijd. In die optiek is het onderzoek naar DIB’s minder fundamenteel, dat is zeker zo. Maar bij de DIB’s gaat het over een paar honderd absorptielijnen die veroorzaakt worden door vermoedelijk ook enkele honderden moleculen. Op dit moment is er geen onderzoeker ter wereld die weet welke moleculen het zijn, hoe ze daar gekomen zijn en hoe ze eruitzien. Maar wat we wel weten is dat ze heel stabiel moeten zijn want ze overleven in de meest extreme omstandigheden in de interstellaire ruimte. En dat vind ik dus een probleem, want dat betekent toch dat er ergens een hoofdstuk is in de interstellaire fysica en chemie waar dat wij gewoon geen idee van hebben.

 

Je sprak eerder over C₆₀⁺, dat geïoniseerd buckminsterfullereen. De ontdekking van die grote koolstofmolecule werd in 2010 bekend gemaakt in het gerenommeerde tijdschrift Science via een publicatie waarvan jij hoofdauteur bent. Knap werk, nietwaar?

Onze ontdekking in 2010 was een infrarood detectie van neutraal C₆₀. Dat is wel dezelfde chemische stof, maar het spectrum ziet er anders uit. Maar we hebben inderdaad een tipje van de sluier opgelicht toen we C₆₀ ontdekt hebben. En dat was zeker een fantastische ontdekking voor mij en ons team. Maar meteen rees daarbij de vraag hoe C₆₀ daar terecht komt en ook hoe C₆₀ ontstaat. Het idee was dat de chemische route ernaartoe gebeurde door allerlei deeltjes samen te gooien en dat zo automatisch grotere moleculen zouden ontstaan. Maar zo gaat het wel niet in zijn werk: hoe groter de molecule, hoe meer tijd ervoor nodig is om ze te maken. En in een omgeving zoals die tussen de sterren met een heel geringe dichtheid van deeltjes is die tijd er simpelweg niet. Vervolgens is nagegaan of het ook andersom kan gegaan zijn, namelijk kleine moleculen die ontstaan uit grotere moleculen. Kunnen organische moleculen ontstaan uit stofdeeltjes? Ja, op voorwaarde dat er genoeg uv-straling voorhanden is. En in die context tussen de sterren is er aan uv-straling geen gebrek. Deze top-down processing zoals we dit noemen is een tak van de chemie die tot 2015 nooit aan bod is gekomen.

Wat in dit verband zeker ook interessant is, is het gegeven dat we met moleculen te maken hebben die uiterst stabiel zijn want heel goed bestand tegen uv-straling. En daar zijn misschien wel toepassingen voor op Aarde, want materialen die wij in het dagelijks leven gebruiken hebben heel fel te lijden onder de uv-straling van de Zon.

 

Zijn er nog projecten die kunnen bijdragen tot het verdere oplossen van dit mysterie?

Ik heb wel enkele ideetjes in dit verband. Veel van die moleculen en DIB’s hebben in de spectra hun sterkste lijnen tussen 700 en 1.000 nanometer, dus in principe kan je daar vanaf het aardoppervlak onderzoek naar doen. Maar dan krijg je in je spectra heel veel lijnen die uitsluitend te maken hebben met de aardatmosfeer. Al die waterdamp, variabele atmosfeercondities, enzovoort zorgen ervoor dat we de veel zwakkere DIB’s haast niet kunnen bestuderen. Vanuit de ruimte kan dat wel, en daarom zou het wel nuttig zijn om een bescheiden ruimtetelescoop te hebben die specifiek dat kleine deel van het elektromagnetische spectrum observeert. Ik heb al gedacht aan een CubeSat, maar vrees dat die toch niet efficiënt genoeg zijn voor de metingen die wij willen hebben.

Maar misschien kunnen we wel iets klaarspelen via het Canadian Space Agency CSA. De CSA biedt af en toe de mogelijkheid om projecten te realiseren met grote stratosfeerballonnen. En een telescoop, uitgerust met een spectrograaf, zou perfect passen op zo’n ballon die enkele maanden lang hoog in de atmosfeer blijft hangen. Als je twintig kilometer hoog hangt, dan zit het grootste deel van de atmosfeer onder jou. Vanaf die positie kunnen we dan gedurende de drie maanden durende poolnacht quasi zuivere spectra nemen van al de helderste sterren met een uitstekende verhouding signaal-ruis in het gewenste golflengtegebied.

En niet alleen voor ons onderzoek zou dat een nuttig project zijn, ook bijvoorbeeld de wetenschappers die onderzoek doen naar exoplaneten zullen geïnteresseerd zijn, want als je met een stratosfeerballon boven al die storende atmosfeerlijnen zit, kan je vanaf die positie op zoek gaan naar atmosfeerlijnen in de spectra van planeten rond andere sterren…

Maar het zal weer veel werk en tijd vragen om een voorstel te schrijven waar men niet neen kan tegen zeggen. En dat is zeker niet het leukste deel van onze job.

 

Wat een fijn en lang gesprek met jou, Jan, hartelijke dank. En veel succes met je verdere onderzoek en zeker ook met je publiekssterrenwacht!

 

Tekst: Francis Meeus, december 2022