Wetenschap
Sterrenkijken door een zonnebril
Een Leidse promovenda gebruikte gepolariseerd licht om onderzoek te doen naar planeten buiten ons eigen zonnestelsel, en de grote stofschijven waar ze uit ontstaan. ‘Mijn familie vraagt telkens of ik al een buitenaardse beschaving heb gespot.’
Bart Braun
donderdag 5 december 2013
Artist impression van een protoplanetaire schijf. Het licht van de ster in het midden wordt door de schijf op een bijzondere manier verstrooit, en dat stelt sterrenkundigen in staat om slimme metingen te doen. © ESO

Straks gaan we het over buitenaardse wezens hebben. Eerst is het echter handig als u een springtouw in gedachten neemt. Zo’n lange, waar je in één keer een halve basisschoolklas over kan laten struikelen. De twee kindertjes die het touw vast hebben, kunnen het allerlei bewegingen laten maken. Grote slagen voor in-spin-de-bocht-gaat-in, een golfbeweging die haaks op de grond staat, of juist evenwijdig daaraan.

Licht gedraagt zich ook als golf, en net als het springtouw kan de golfbeweging verschillende richtingen hebben. Dan noemen we het ongepolariseerd. Het kan echter ook gebeuren dat alleen bepaalde oriëntaties over blijven. Als u twee paaltjes dicht bij elkaar op het schoolplein zet, kan het touw daartussen alleen maar verticaal golven. Als u een polaroid-zonnebril opzet, komt alleen licht met een klein aantal richtingen nog op uw oog. Dan hebben we het over gepolariseerd licht.

De polariseerbaarheid van licht is reuze interessant voor wetenschappers. Biochemici gebruiken het om vrijwel identieke moleculen uit elkaar te houden, maar de echte kunststukjes worden verricht in de sterrenkunde. Polarimetrie – het meten aan gepolariseerdheid - helpt ze begrijpen hoe de zon werkt, en waar het spul tussen de sterren van gemaakt is.

Promovenda Maria de Juan Ovelar gebruikt het om onderzoek te doen naar zogeheten protoplanetaire schijven. Rondom jonge sterren zit soms een platte wolk van stof en ijs en rotsblokken, die zich nog uit moet kristalliseren in een planetenstelsel. ‘Het is een jong onderzoeksgebied’, legt ze uit. Het probleem is dat je in het donker werkt als je door een zonnebril gaat kijken. ‘Als je polarimetrie-onderzoek doet naar de zon, houd je genoeg licht over om mee te werken, maar van een verre ster krijg je maar weinig licht, en slechts een klein beetje daarvan is gepolariseerd.’

Maar met het licht dat je overhoudt, kun je wel mooie dingen doen. Een ster geeft heel veel licht, en een gedeelte van dat licht wordt verstrooid in de protoplanetaire schijf. Bij die verstrooiing raakt een gedeelte van het licht gepolariseerd. Als je nou al het ongepolariseerde licht wegfiltert, krijg je dus een beter beeld van de schijf. ‘De truc is dat je moet uitvogelen hoe je dat wegfilteren precies moet doen’, vertelt De Juan Ovelar: ‘Het gaat nog niet perfect, je houdt een halo over rond de ster.’

Wat werkt met schijven, zou ook kunnen werken met planeten. Die zijn echter per definitie kleiner, en leveren dus minder data. De astronome heeft hard gerekend aan de planeten rond de ster HR 8799. Daar draaien een paar werkelijk gigantische bollen – stukken groter dan onze plaatselijke reus, Jupiter – op relatief grote afstand rond hun zon. Ze zijn zo heet dat ze gloeien, en op dat licht kun je polarimetrie bedrijven. Dat levert je informatie op over hun samenstelling en de manier waarop ze om hun as draaien, in theorie. In de praktijk schraapten De Juan Ovelar en haar collega’s zorgvuldig alle gemeten licht bij elkaar, en bleek het net te weinig. ‘Ik was een paar keer echt blij, en toen weer teleurgesteld’, blikt ze terug. Ze hoopt dat het werk straks, na haar promotie, nog kan worden afgemaakt.

Aan het probleem van het schaarse licht wordt overigens hard gewerkt. Europese sterrenkundigen bouwen aan een nieuwe reuzentelescoop, de European Extremely Large Telescope. Hij komt in Chili te staan, gaat meer dan een miljard euro kosten, en moet in 2022 aan de bak. De promovenda besteedt een gedeelte van haar proefschrift aan berekeningen van hoeveel meer sterrenkundigen daarmee kunnen zien.

Ze blijft echter sceptisch over de mogelijkheid om buitenaards leven te vinden. ‘Mijn familie vraagt me om de zoveel tijd of ik al een buitenaardse beschaving heb gespot. Het gaat zeker lukken om meer planeten te vinden die op de juiste afstand van hun ster staan om vloeibaar water te hebben. Het zal vast mogelijk worden om metingen te doen aan de atmosfeer van planeten.’ Dat kan op zich een belangrijke aanwijzing geven: een atmosfeer met veel zuurstof erin is instabiel. Op aarde zit er zoveel zuurstof in de lucht omdat planten en sommige bacteriën dat de hele dag uitademen. Een buitenaardse astronoom met zijn eigen reuzentelescoop zou aan onze lucht kunnen zien dat er op onze planeet iets aan de hand is.

De Juan Ovelar: ‘Een aanwijzing, inderdaad. Maar bewijs? Ik zie niet in hoe we dat ooit zouden kunnen. Ik weet dat er bij NASA mensen rekenen aan hoe planten licht verstrooien. Daarbij raakt het gepolariseerd, en dat zou je in theorie kunnen meten.’ Haar stem dwaalt wat af. Hier klinkt de frustratie door van iemand die maanden van haar leven tevergeefs heeft geprobeerd om dat met een complete planeet te doen, in plaats van met een bos op een veel kleinere planeet. ‘Veel mensen verwachten dat we het gaan vinden, maar ik zie het echt niet gebeuren.’

Maria de Juan Ovelar

Imaging Polarimetry for the Characterisation of Exoplantes and Protoplanetary Discs.

Promotie: 12 december