Melkweg,sterrenstelsels en het heelal

'Wat Tibo ziet, is de Melkweg,' zegt Kiko. 'Dat is een sterrenstelsel: een reusachtige groep van sterren, gas en stof die samen ronddraaien en elkaar vasthouden met hun zwaartekracht.' Ines houdt haar duim voor één heldere ster. 'En die dan? Die staat helemaal los van de streep.' 'Die hoort er ook bij,' zegt Kiko. 'Onze Zon is één van die sterren. Ook alle sterren die je 's nachts los ziet staan, horen bij de Melkweg. Ze staan alleen dichterbij.'

'Maar hoe kan een streep uit sterren bestaan?' vraagt Tibo. Hij tekent de gloed na met zijn vinger op het glas van de terrasdeur. 'Omdat het er miljarden zijn en ze zo ver weg staan dat je ze niet apart kan zien,' zegt Kiko. 'Hun licht vloeit samen tot een melkachtige gloed.' In 1610 richtte de Italiaan Galileo Galilei als een van de eersten een telescoop op die streep. Hij zag dat ze vol zat met ontelbare sterretjes.

Kijk goed, en je ziet donkere vlekken en scheuren in de streep. 'Gaten?' vraagt Rayan. 'Nee,' zegt Kiko. 'Het zijn wolken van stof die het licht van de sterren erachter tegenhouden, zoals rook voor een lamp.' Rayan grijnst. 'Dus toch een beetje rook.' 'Stof, geen rook,' zegt Kiko, 'maar goed geraden.'

'Ik heb haar thuis nog nooit gezien,' zegt Saar. 'Dat komt door het licht van straatlampen, huizen, winkels en wegen,' zegt Kiko. 'Dat licht strooit omhoog in de lucht en maakt de nacht grijs. Dat heet lichtvervuiling. In Vlaanderen, waar heel veel mensen dicht bij elkaar wonen, zie je de Melkweg daardoor bijna nergens. Pas als het echt donker is, verschijnt ze. Vanavond is het hele dal donker.'

'Adresregel één,' zegt Kiko. 'Je straat, je dorp, België, de Aarde, het zonnestelsel. Die kende je al. Nu wordt het spannend. Waar in ons sterrenstelsel woont de Zon eigenlijk?'

'Hoe ziet de Melkweg er eigenlijk uit?' vraagt Ines. 'Van bovenaf zou ze eruitzien als een reusachtige draaikolk,' zegt Kiko. 'In het midden zit een dikke, gloeiende buik van oude sterren. Daar loopt een balk dwars doorheen: een langgerekte staaf vol sterren. Aan de uiteinden van die balk beginnen gebogen armen. Zo'n stelsel heet een balkspiraal.' Tibo tekent het na met zijn vinger op de glazen deur: een buik, een balk, twee gebogen armen.

'In de spiraalarmen zit veel gas en stof,' gaat Kiko verder, 'en daar ontstaan de meeste nieuwe sterren. De jongste zijn fel en blauwwit, en daardoor lichten de armen extra op. Tussen de armen staan ook sterren, maar die vallen minder op.'

'Van opzij is de Melkweg verrassend plat,' zegt Kiko. 'Ze is ongeveer 100 000 lichtjaar breed, maar de schijf met sterren is maar ongeveer 1 000 lichtjaar dik.' Saar fronst. 'Hoe plat is dat?' 'Leg twee spiegeleieren met de onderkant tegen elkaar: de dooiers zijn de buik, het eiwit is de schijf.' Rayans maag rommelt. 'Nu heb ik honger.'

Saar speelt quizmeester. 'Vraag één: hoeveel sterren zitten er in de Melkweg? A: ongeveer tienduizend. B: ongeveer tien miljoen. C: honderden miljarden.' Rayan kiest meteen C. 'Altijd de grootste.' 'Juist,' zegt Kiko. 'Maar hoeveel precies, weet niemand, want tellen kan niet. Schattingen gaan van 100 tot 400 miljard. Dat zijn er ongeveer twaalf tot vijftig voor elke mens op Aarde.'

En de Zon? Die staat niet in het midden, maar ongeveer 26 000 lichtjaar ervandaan, ongeveer halfweg naar de rand. Ze zit in een kleinere arm, de Orionarm. 'Wij wonen dus niet in het centrum,' zegt Saar. 'Wij wonen in een buitenwijk.' 'Adresregel twee,' zegt Kiko. 'Orionarm, Melkweg.'

'Dus daarom is het een streep,' zegt Ines langzaam. 'Wij zitten er zelf in.' 'Juist,' zegt Kiko. 'Kijk je langs de schijf, dan staan er ontelbare sterren achter elkaar: de streep. Kijk je uit de schijf, dan zie je er veel minder. Zoals in een bos: rondom een muur van bomen, recht boven je de lucht.'

Ines kijkt omhoog. 'Als wij in die schijf zitten,' zegt ze langzaam, 'dan staan we niet stil, hè? Dan draait alles daarboven mee.' Kiko grijnst. 'Goed gevoel, Ines. Dat is precies de volgende vraag.'

Rayan laat de verrekijker zakken. 'Wacht. Als dat licht 2,5 miljoen jaar onderweg was, dan zien we Andromeda niet zoals ze nu is.' 'Precies,' zegt Kiko. 'Je ziet haar zoals ze was toen dat licht vertrok. Je kijkt terug in de tijd.'

Rayan kent dat van online gamen. Bij lag zie je een andere speler op de plek waar hij een fractie van een seconde geleden stond: het signaal moest nog tot bij jou reizen. In het heelal is de vertraging gigantisch, omdat de afstanden zo groot zijn. Al het licht dat je ziet, is een bericht uit het verleden.

Hoe verder je kijkt, hoe verder terug in de tijd. De Maan zie je zoals ze 1,3 seconde geleden was. Het licht van het centrum van de Melkweg vertrok toen er in onze streken mammoeten rondliepen. Dat van Andromeda vertrok toen vroege mensachtigen in Afrika eenvoudige stenen werktuigen maakten.

'Misschien bestaat die ster daar dus al lang niet meer,' zegt Tibo. Dat kan, maar het is heel onwaarschijnlijk. De sterren die je met het blote oog ziet, staan meestal op tientallen tot duizenden lichtjaar. Ze leven miljoenen tot miljarden jaren. De kans dat er net één ontplofte terwijl haar licht onderweg was, is heel klein.

Daarom bouwen sterrenkundigen telescopen die zo ver mogelijk kunnen kijken. Verder kijken is vroeger kijken. Met de James Webb-ruimtetelescoop, die sinds 2022 foto's maakt, zien ze sterrenstelsels zoals ze waren toen het heelal nog geen 300 miljoen jaar oud was. Hun licht was meer dan 13 miljard jaar onderweg.

Kiko kijkt naar de sterren boven het dal. 'Andromeda is maar één kaart,' zegt hij geheimzinnig. 'Morgen tellen we hoeveel kaarten er in de hele verzameling zitten. Jullie gaan het niet geloven.'

Tante Lot heeft een rozijnenbrood in de oven geschoven en is even naar boven om de was op te hangen. Buiten gutst de regen en de lucht is zo donker dat Kiko durft te praten. Tibo zit met zijn neus voor het ovenraampje. 'Die rozijnen gaan uit elkaar. Niet omdat ze lopen: het deeg groeit.' Kiko springt op het aanrecht. 'Tibo, je hebt net het grootste sterrenkundenieuws van de vorige eeuw uitgelegd. Met een brood.'

'Wie ontdekte dat de sterrenstelsels wegvluchten?' vraagt Saar. 'Het begon met een Amerikaan, Vesto Slipher,' zegt Kiko. 'Vanaf 1912 mat hij het licht van verre sterrenstelsels. Bijna allemaal bleken ze van ons weg te bewegen. Dat zag hij aan hun licht: het was een beetje naar de rode kant van de regenboog verschoven. Dat heet roodverschuiving.'

Hoe komt dat? Licht reist als een golf. Wordt de ruimte groter terwijl het licht onderweg is, dan wordt die golf mee uitgerekt. Uitgerekt licht wordt roder. Hoe langer het licht onderweg was, hoe meer het uitgerekt is, en hoe roder het aankomt.

'En wie vond de verklaring?' vraagt Tibo. 'Een Belg,' zegt Kiko. 'In 1927 kwam Georges Lemaître ermee, priester en natuurkundige uit Charleroi, die lesgaf in Leuven. Volgens hem wordt de ruimte zelf groter: het heelal dijt uit. Hoe verder een sterrenstelsel, hoe sneller het van ons weg schuift. Hij schreef het in het Frans, in een Belgisch tijdschrift, en bijna niemand las het.'

'Maar Hubble heeft dat toch bedacht?' vraagt Rayan. 'Dat dachten veel mensen lang,' zegt Kiko. 'Twee jaar later toonde Hubble met nieuwe metingen hetzelfde verband, en lange tijd kreeg vooral hij de eer. In 2018 stemden de leden van de Internationale Astronomische Unie, de wereldvereniging van sterrenkundigen, voor een nieuwe naam: de wet van Hubble-Lemaître.'

Denk terug aan het brood. Elke rozijn ziet alle andere van zich weg schuiven, en de verste het snelst. Geen enkele rozijn ligt in het midden. Zo is het ook in het heelal: vanuit elk sterrenstelsel lijkt het alsof alle andere wegvluchten.

Maar Andromeda komt toch naar ons toe? Op kleinere afstanden wint de zwaartekracht. Die houdt de Lokale Groep, elk sterrenstelsel, de Zon en de Aarde bij elkaar. Jij en je kamer worden niet groter door het uitdijen, want de krachten tussen de atomen houden jullie bijeen. Alleen de enorme ruimtes tussen de groepen sterrenstelsels groeien.

Kiko stopt de knikker in de sok en zwiert hem rond. 'Hoe sneller ik zwier, hoe harder ik moet trekken. Anders vliegt de knikker weg.' Zo werkt het ook in een sterrenstelsel. De zwaartekracht van alle massa samen houdt de sterren in hun baan. Hoe sneller ze draaien, hoe meer massa er nodig is om ze vast te houden.

'Daar kwam een sterrenkundige achter die goed durfde te kijken,' zegt Kiko. 'Vera.' 'Wie was die Vera?' vraagt Tibo. 'Vera Rubin, een Amerikaanse sterrenkundige. Rond 1970 mat ze, samen met Kent Ford, hoe snel sterren en gas rond het centrum van Andromeda draaien, en later bij veel andere stelsels. De buitenste sterren zouden trager moeten gaan, zoals de verste planeten rond de Zon. Maar ze draaiden bijna even snel als die dichter bij het midden.'

'Met alleen de sterren en het gas die we zien, zouden die buitenste sterren de bocht uit vliegen,' zegt Kiko. 'Er moet dus veel meer massa zijn dan we zien. Die onzichtbare massa noemen we donkere materie.' 'Was Vera de enige die dat dacht?' vraagt Saar. 'Nee. Al in 1933 vermoedde de Zwitserse sterrenkundige Fritz Zwicky iets gelijkaardigs bij een grote groep sterrenstelsels.'

Donkere materie geeft geen licht, weerkaatst geen licht en houdt geen licht tegen. We merken haar alleen aan haar zwaartekracht. Zware massa buigt licht af dat erlangs komt, een beetje zoals een vergrootglas. Achter grote groepen sterrenstelsels zien sterrenkundigen verdere stelsels vervormd tot bogen. Ook daarvoor is veel meer massa nodig dan zichtbaar is.

Wat donkere materie is? Dat weet niemand. Gewone stofwolken zijn het niet, want die zouden we zien. Misschien is het een soort deeltje dat nog nooit iemand heeft gevangen. Onderzoekers zoeken ernaar met gevoelige toestellen diep onder de grond. Tot nu toe zonder succes.