NIEUWSDRAGONFLY TELEPHOTO ARRAY

Nederlandse astronoom maakt telescoop geïnspireerd op insectenoog – en ontdekt sterrenstelsel

Een opstelling van de Dragonfly Telephoto Array.Beeld The Dragonfly telephoto Array

Door camera’s met elkaar te verbinden heeft Pieter van Dokkum, Nederlands astronoom in de VS, zijn eigen telescoop gemaakt. Hij heeft er al een nieuw soort sterrenstelsel mee ontdekt – en kennis over donkere materie mee opgedaan. 

Knoop 48 camera’s aan elkaar, en je speelt mee in de Premier League van de kosmologie. Klinkt misschien onwaarschijnlijk, maar het is precies wat Pieter van Dokkum heeft gedaan. Vergeet de kostbare reuzentelescopen in Chili en Hawaï maar even; Van Dokkums Dragonfly-project behaalt resultaten waar andere instrumenten niet aan kunnen tippen. Grootste doorbraken tot nu toe: de ontdekking van een geheel nieuw type sterrenstelsel, en een bijna zenachtig bewijs voor het bestaan van donkere materie.

Donkere materie is een mysterieus goedje waarvan astronomen wel de zwaartekracht meten, maar niet de ware aard doorgronden. Uit metingen aan draaisnelheden blijkt bijvoorbeeld dat sterrenstelsels veel meer massa bevatten dan je op het oog zou zeggen. Het kan daarbij niet gaan om gewone atomen en moleculen. Maar uit wat voor afwijkende deeltjes die donkere materie dan zou moeten bestaan, weet geen mens.

‘Het begon allemaal in 2011, in een restaurant in Toronto’, vertelt Van Dokkum, die astronomie studeerde in Groningen en Leiden, maar al sinds 2003 verbonden is aan Yale University aan de oostkust van de Verenigde Staten. ‘Samen met mijn Canadese collega en goede vriend Bob Abraham bedacht ik een manier om de meest lichtzwakke structuren aan de sterrenhemel vast te leggen.’ Gewone telescopen zijn daar niet echt geschikt voor en lichtsterke telelenzen zijn niet groot genoeg.

Pieter van Dokkum bij een Dragonfly-testopstelling met drie lenzen.Beeld Dragonfly

Als verwoed natuurfotograaf wist Van Dokkum toevallig dat Canon nieuwe, peperdure telelenzen op de markt had gebracht met een speciale coating die storende lichtverstrooiing tegengaat. Wat nu als je drie van die lenzen op hetzelfde stukje sterrenhemel zou richten en de resultaten digitaal bij elkaar op zou tellen? De eerste tests, gewoon in de achtertuin, leken veelbelovend, en al snel ontstond het plan om een aardedonkere plek te zoeken voor zo’n camerabatterij.

Die werd gevonden in New Mexico, waar Abraham (zelf verzamelaar van antieke en moderne amateurtelescopen) al enkele instrumenten had staan. ‘Binnen twee weken hadden we de boel draaiend’, zegt Van Dokkum, ‘en al heel snel breidden we uit, van 3 naar 10 naar 24 camera’s, en uiteindelijk naar 48 stuks, op twee monteringen, elk in hun eigen koepeltje.’ Omdat het systeem doet denken aan de facetogen van een insect, werd het Dragonfly (‘libelle’) genoemd.

Omdat het systeem doet denken aan de facetogen van een insect, werd het Dragonfly (‘libelle’) genoemd.Beeld Getty
De Dragonfly-telescoop. Beeld The Dragonfly telephoto Array

Uitdagingen waren er genoeg. Dragonfly moest geheel autonoom kunnen werken: op eigen houtje checken of het onbewolkt is, de koepel openen, de camera’s richten, alle benodigde opnamen maken, via 48 afzonderlijke computers de foto’s samenvoegen en aan het eind van de nacht weer in de ruststand gaan. De Canon-lenzen bleken bovendien een kleine mechanische aanpassing nodig te hebben die alleen door de fabrikant kon worden uitgevoerd, dus Van Dokkums studenten Allison Merritt en Deborah Lokhorst moesten met een half miljoen dollar aan optiek in een gehuurde vrachtwagen op en neer van New Mexico naar Los Angeles.

Samen vangen de 48 lenzen evenveel sterlicht op als een telescoop met een middellijn van 1 meter. Maar Dragonfly heeft een brandpuntsafstand van slechts 400 millimeter. Die unieke combinatie betekent een ongekende gevoeligheid voor lichtzwakke structuren, zoals diffuse nevels waar een piepklein beetje licht verspreid is over een relatief groot gebied aan de hemel. ‘Al heel snel ontdekten we daardoor zeer diffuse sterrenstelsels die nooit eerder waren opgemerkt,’ vertelt Van Dokkum. Even groot als ons eigen Melkwegstelsel, maar met hooguit 1 procent van het aantal sterren.

De nieuwe klasse van ultra-diffuse galaxies (UDG’s) past niet in het klassieke beeld van de geboorte en evolutie van sterrenstelsels. Snelheidsmetingen wijzen uit dat ze vermoedelijk vrijwel volledig uit donkere materie bestaan: de zwaartekracht van de zichtbare sterren is bij lange na niet genoeg om de hoge bewegingssnelheden te verklaren. De Dragonfly-ontdekking, in 2016 gepubliceerd, leidde aanvankelijk dan ook tot veel scepsis en ongeloof. Sindsdien zijn er echter al vele honderden UDG’s ontdekt, en worden ze ook met andere telescopen bestudeerd, waaronder de Hubble Space Telescope. Onderzoek aan deze bijzondere objecten vertelt hopelijk iets over de invloed van donkere materie op het ontstaan en de levensloop van sterrenstelsels.

Een van de twee opstellingen van de Dragonfly Telephoto Array.Beeld Dragonfly

Nog opmerkelijker was de Nature-publicatie, twee jaar geleden, over het bizarre sterrenstelsel DF-2. Dat is óók zo’n ultra-diffuus stelsel, maar het lijkt juist totaal géén donkere materie te bevatten: de snelheden van de sterren in het stelsel kunnen volledig worden verklaard door de zwaartekracht van de zichtbare materie. En opmerkelijk genoeg vormt juist deze ontdekking een bewijs voor het bestaan van die mysterieuze donkere materie.

Het bestaan van donkere materie wordt afgeleid uit zwaartekrachtsinvloeden en snelheidsmetingen, legt Van Dokkum uit. Sommige astronomen denken dat die effecten niet door donkere materie worden veroorzaakt, maar doordat de zwaartekracht zich anders gedraagt dan wij denken. Maar als dat zo is, moeten die afwijkende effecten altijd en overal zichtbaar zijn. ‘Het feit dat de snelheden in DF-2 volledig verklaard kunnen worden door de traditionele zwaartekrachttheorie, vormt dus een bijna zenachtig bewijs voor het bestaan van donkere materie in andere sterrenstelsels.’

Dragonfly is inmiddels volledig operationeel. Er staan nieuwe waarnemingsprojecten op stapel. Komende zomer gaat de Hubble-telescoop weer in detail naar DF-2 kijken om de eerste conclusies te checken. En later dit jaar hopen Van Dokkum en Abraham de financiering rond te hebben voor een upgrade naar niet minder dan 120 camera’s. ‘In principe kun je het concept uitbreiden tot duizenden camera’s’, zegt Van Dokkum. ‘Wie weet kunnen we ooit nog eens een equivalent realiseren van een 10- of 20-meter telescoop.’

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden