Na de lancering van de volgende grote ruimtemissie: 'Dit is een grote stap in het begrijpen van donkere materie en donkere energie'
Hoe is het om te werken aan de meest fundamentele vragen over het universum? Op 1 juli is de Euclid-satelliet succesvol gelanceerd. Deze missie van de Europese ruimtevaartorganisatie gaat de hemel waarnemen om de meest gedetailleerde kaart van het heelal ooit te maken. Sterrenkundige Henk Hoekstra (Sterrewacht Leiden) en natuurkundige Alessandra Silvestri (Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde) vertellen over hun rol in de missie.
De nieuwe ruimtesatelliet is als het ware de Google van het heelal. ‘Euclid is eigenlijk een machine die data verzamelt’, legt Hoekstra uit. ‘Wat Hubble in 30 jaar heeft gedaan, kan Euclid in een week in kaart brengen in zowel optische als infrarode golflengtes. Het is dus een enorme hoeveelheid data. Hiermee vind je gegarandeerd de spreekwoordelijke speld in een hooiberg.’ Hoekstra heeft meerdere rollen in de missie. Hij is de leider van de groep over zwakke lenswerking en één van de vier kosmologiecoördinatoren. Dit betekent dat hij vanaf het begin betrokken was bij het vaststellen van de eisen voor de nauwkeurigheid van de data die Euclid zal verkrijgen.
Silvestri leidt de theoretische natuurkundegroep van ongeveer 200 mensen. Zij zullen de enorme dataset die Euclid oplevert analyseren, in de hoop nieuwe natuurkunde te ontdekken. ‘Ik heb een helikopterblik om ervoor te zorgen dat het werk van alle theoretici samenkomt. Het is de eerste keer dat ik deel uitmaak van een missie zoals deze, dus het is heel enerverend.’
Ongekende overvloed en nauwkeurigheid aan data
Euclid is nu op weg naar zijn eindbestemming in de ruimte, maar de weg ernaartoe was volgens Hoekstra niet zonder hobbels. ‘In 2011 ging het niet goed met de missie en het risico bestond dat het zou worden uitgesteld of zelfs afgeblazen. We moesten laten zien dat we de wetenschappelijke doelen ook echt konden halen. We hadden zes maanden de tijd om het schip te keren en aan de eisen te voldoen, en dat is gelukt. Wat het uniek maakt, is dat Euclid is ontworpen om niet alleen heel veel data te verzamelen, maar ook zeer nauwkeurige.' Silvestri zegt: ‘Dat is precies wat we nodig hebben voor kosmologie. Maar het stelt ons theoretici ook voor een uitdaging. Vroeger waren sommige benaderingen in onze berekeningen misschien acceptabel, maarmet dit niveau van nauwkeurigheid niet meer.'
Donkere energie en donkere materie begrijpen
Silvestri kan niet wachten tot de beelden van Euclides binnenkomen. ‘Door de kolossale schaal van dit onderzoek kunnen we echt grote stappen vooruit zetten. We hebben dit vreemde heelal en er zijn veel ideeën over hoe het werkt, maar geen van de kandidaat-kosmologische modellen is helemaal bevredigend of correct. Dit is de eerste keer dat we toegang hebben tot dit soort en deze hoeveelheid data waardoor we de theorie kunnen testen en deze grote vragen kunnen bestuderen. Wat is de aard van donkere materie en donkere energie? Werkt zwaartekracht anders op deze grote schalen?’
Hoekstra: ‘Het is de eerste grote stap in het begrijpen van donkere energie. Natuurlijk zullen we ook veel leren over sterrenstelsels en hoe die gevormd worden, maar donkere energie en donkere materie zijn echt de belangrijkste drijfveer van deze missie.’
Het onzichtbare heelal bestuderen
Euclid zal een 3D-kaart maken van een derde van de hemel, waardoor wetenschappers de laatste 10 miljard jaar van de evolutie van het heelal kunnen bestuderen. Het belangrijkste doel is om de aard van donkere materie en donkere energie te onderzoeken. Er is meer onbekend dan bekend over deze concepten. Alles op aarde en alles wat ooit is waargenomen met alle telescopen en satellieten - met andere woorden, alle normale materie - maakt minder dan 5% van het heelal uit. De rest bestaat uit de mysterieuze donkere energie en donkere materie, maar geen van beide kunnrn direct worden waargenomen. Onderzoekers weten enkel dat ze bestaan door hun effecten op de rest van het heelal.
Wachten op de eerste beelden
Beide onderzoekers zijn het erover eens dat natuurkunde en sterrenkunde prachtig samenkomen in de Euclid-missie. ‘We kijken naar dezelfde wetenschappelijke vragen', zegt Hoekstra. Silvestri vult aan: ‘En dat brengt ons samen. Astronomen werken hard aan het karakteriseren van sterrenstelsels en meten hun vorm met grote nauwkeurigheid. Dat kan natuurkundigen weer helpen om nieuwe natuurkunde te ontdekken. In die zin vullen we elkaar mooi aan en hebben we elkaar nodig.’
Hoekstra was aanwezig bij de lanceerbasis in de VS: ‘Bij de lancering realiseer je je dat het een kwetsbaar instrument is. Er kunnen zoveel dingen misgaan. Ik ben opgelucht en blij dat het na vijftien jaar voorbereiding vlekkeloos is verlopen.’ Op de dag van de lancering was Silvestri in het hoofdcontrolecentrum in Duitsland, waar een speciaal ESA-team kort na de lancering de controle over de telescoop overnam. ‘De opwinding was tastbaar, net als de enorme opluchting toen we het eerste signaal van Euclid ontvingen.’ Nu moeten we een paar maanden wachten tot de eerste gegevens binnenkomen, zegt ze: ‘Het beste moet nog komen!’