Zwartegaten, supernova's en andere bijzondere objecten

Lina speelt het filmpje opnieuw af. 'Oké. Wat klopt er niet?' Kiko telt op zijn klauwtjes. 'Ten eerste: een zwart gat is geen stofzuiger. Op grote afstand trekt het niet harder dan elk ander ding met dezelfde massa. Omdat het zo klein is, kan je er alleen veel dichter bij komen. Pas daar wordt de zwaartekracht reusachtig.'

Stel: de Zon wordt morgen een zwart gat met precies dezelfde massa. Dan is ze nog maar ongeveer 6 kilometer breed. En de Aarde? Die draait gewoon verder in dezelfde baan, op dezelfde afstand. Er wordt niets opgezogen. Wel wordt het pikdonker en ijskoud, want zonlicht is er niet meer.

'Daan gaat vragen of dat kan gebeuren,' zegt Lina. 'Nooit,' zegt Kiko. 'De Zon is daar veel te licht voor. Een zwart gat ontstaat als een gigantische ster sterft, meestal een ster die bij haar geboorte meer dan twintig keer zo zwaar was als de Zon. Onze Zon wordt over miljarden jaren een witte dwerg.'

Ten tweede: het dichtstbijzijnde zwarte gat dat we kennen, heet Gaia BH1 en werd in 2022 gevonden. Het staat op ongeveer 1 560 lichtjaar. Een lichtjaar is de afstand die licht in één jaar aflegt, ongeveer 9 460 miljard kilometer. Gaia BH1 komt niet naar ons toe. En zelfs als het dat deed, zou de reis miljoenen jaren duren.

Ten derde, en dat klopt wél: wie te dicht bij een klein zwart gat komt, wordt uitgerekt. Je voeten worden harder aangetrokken dan je hoofd, omdat ze dichterbij zijn. Je wordt lang en dun als een sliert spaghetti. Sterrenkundigen noemen dat echt spaghettificatie. Bij een reusachtig zwart gat gebeurt het pas als je al voorbij de waarnemingshorizon bent.

Imane schrijft in het monsterboek: 'Gevaar voor de Aarde: nul.' 'Maar Kiko,' zegt Lina zacht, 'als er geen licht uitkomt, hoe weet iemand dan dat ze bestaan?' Kiko gaapt. 'Morgen bij het ontbijt. Dan toon ik je een foto van iets wat je niet kan zien.'

Mats heeft op de zolder de oude radio van Lina's opa gevonden en draait al een uur aan de knoppen. Ruis. Een voetbalwedstrijd. Weer ruis. 'Wil je horen hoe een dode ster klinkt?' vraagt Kiko. Op de tablet speelt hij een opname af: radiogolven uit de ruimte, omgezet in geluid. Tik. Tik. Tik. Zo regelmatig als een klok.

'Een metronoom,' zegt Arno, die pianoles volgt. 'Aliens,' fluistert Lina, met haar camera al in de aanslag. Kiko grinnikt. 'Dat dacht iemand in 1967 ook. Heel even.'

In 1967 werkte Jocelyn Bell, een studente uit Noord-Ierland, met een nieuwe radiotelescoop bij Cambridge in Engeland. Die schreef zijn metingen met een pen op papierrollen, elke dag ongeveer 30 meter. Bell las alles na. Op een dag zag ze een vreemd krabbeltje: een signaal dat ongeveer elke 1,3 seconde terugkwam, altijd precies even regelmatig.

Niets op Aarde kon dat verklaren. Voor de grap noemde het team het signaal LGM-1, van 'Little Green Men': kleine groene mannetjes. Maar een paar weken later vond Bell een tweede tikker, op een heel andere plek aan de hemel. 'Twee groepjes aliens die tegelijk met zo'n soort ritme seinen?' zegt Kiko. 'Niet erg waarschijnlijk.'

Het was een neutronenster. Die blijft over als een zware ster ontploft en haar kern ineenstort. Alles wordt zo hard samengeperst dat zelfs de atomen geplet worden. Wat overblijft, weegt meestal ongeveer anderhalve keer zoveel als de Zon, in een bol van ongeveer 20 kilometer breed. Een ster zo groot als een stad.

Een neutronenster draait razendsnel rond en is een supersterke magneet. Uit haar magnetische polen spuiten twee bundels straling. Omdat die polen een beetje scheef staan, zwiepen de bundels rond als het licht van een vuurtoren. Zwiept een bundel over de Aarde, dan vangen wij een flits op. Zo'n neutronenster heet een pulsar.

Een pulsar knippert dus niet aan en uit. Ze straalt voortdurend, maar wij zien haar bundel alleen als die langs ons zwaait. Sommige pulsars tikken zo regelmatig dat ze met de beste klokken op Aarde kunnen wedijveren. De snelste die we kennen, draait ongeveer 716 keer per seconde rond: sneller dan het mes van een keukenmixer.

En Jocelyn Bell? Voor de ontdekking kreeg haar begeleider in 1974 een Nobelprijs. Zij niet. Veel mensen vinden dat nog altijd oneerlijk. Imane kijkt op van het monsterboek. 'Kaart drie: neutronenster. Evolueerde uit een ontplofte ster. Hoe ziet zo'n ontploffing eruit?' Kiko kijkt naar buiten, waar het al schemert. 'Mensen zagen er ooit eentje overdag.'

'Ontploft elke ster op die manier?' vraagt Mats. 'Nee,' zegt Kiko. 'Er bestaat ook een tweede soort supernova. Soms draait een witte dwerg, de hete rest van een gewone ster zoals de Zon, rond een buurster. Hij steelt gas van die buur, tot hij te zwaar wordt en in één keer helemaal ontploft. Van de witte dwerg blijft dan niets over, alleen een wolk van rondvliegende resten.'

Lina tekent pijlen in het monsterboek. 'Het is een evolutie!' roept ze. 'Zware ster, rode superreus, supernova, en dan neutronenster of zwart gat. Zoals in een spel waarin je wezens laat evolueren.' 'Alleen kan je hier niet terug,' zegt Arno. 'Eén richting. Voor altijd.'

En de gastster van 1054? Op die plek zie je vandaag de Krabnevel, een wolk van uitdijende resten op ongeveer 6 500 lichtjaar. In het midden zit een pulsar die ongeveer 30 keer per seconde ronddraait. 'Kaart vier,' zegt Imane tevreden. 'Met een glimmend randje.'

In onze Melkweg gebeurt er ongeveer één tot drie keer per eeuw een supernova, en de meeste gaan schuil achter stof. De laatste die mensen zeker met het blote oog in de Melkweg zagen, was in 1604. Sterrenkundigen wachten dus al ruim vierhonderd jaar op de volgende. 'En Betelgeuze?' vraagt Lina. Ze heeft al een titel in haar hoofd.

Om half tien is de lucht kraakhelder. Met een dikke jas over hun pyjama staan de vier in de tuin, Pluis snuffelend tussen hun benen. Lina's papa heeft de buitenlamp uitgedaan, zijn verrekijker uitgeleend en is weer naar binnen gegaan. Kiko zit in Arno's kraag. 'Zuiden,' fluistert hij. 'Drie sterren op een rij.'

'De gordel van Orion,' zegt Imane. 'Kijk eronder,' zegt Kiko. 'Een kortere rij zwakke sterretjes, het zwaard. In het midden zit een vlekje dat niet scherp wil worden.' Mats richt de verrekijker. Het vlekje wordt een zacht, grijsgroen wolkje. 'De Orionnevel,' zegt Kiko. 'Daarin worden op dit moment sterren geboren.'

Een nevel is een wolk van gas en stof in de ruimte, vaak vele lichtjaren groot. De Orionnevel staat op ongeveer 1 300 tot 1 400 lichtjaar. Het is een emissienevel: hete, jonge sterren laten het gas eromheen gloeien. Op foto's is die gloed vaak roze of rood, de kleur van gloeiend waterstofgas.

Er zijn nog andere soorten, en Kiko laat de crew ze nadoen. 'Lina, doe Mats' zaklamp aan. Arno, adem uit.' Arno blaast een wolkje in de lichtstraal, en het wolkje licht op. 'Een reflectienevel,' zegt Kiko. 'Stof kaatst het licht van sterren in de buurt terug. Zulke nevels zien er meestal blauwachtig uit.' Dan houdt Mats zijn zwarte muts voor de lamp: de lichtvlek is weg. 'En dit is een donkere nevel: een dikke stofwolk die het licht van de sterren erachter tegenhoudt, zoals de Paardenkopnevel in Orion, een zwart paardenhoofd tegen een rode gloed.'

Nevels zijn niet alleen kraamkamers, maar ook kerkhoven. Een ster als de Zon blaast op het einde van haar leven haar buitenlagen weg. Die vormen een gloeiende schil: een planetaire nevel. Met planeten heeft die niets te maken. In de kleine telescopen van vroeger leken ze op ronde schijfjes, net planeten, en de naam bleef plakken.

Ook de resten van een supernova, zoals de Krabnevel, zijn nevels. Ze zitten vol stoffen die in de ster gemaakt werden, zoals koolstof, zuurstof en ijzer. Die stoffen mengen zich met andere wolken, en daaruit ontstaan later nieuwe sterren en planeten. Het heelal recycleert. Ook de stoffen waaruit jij bestaat, zaten ooit in zo'n wolk.

'Waarom is het in de verrekijker grijs, en op foto's knalroze?' vraagt Lina. 'In het donker zien je ogen bijna geen kleuren,' zegt Kiko. 'Een telescoop verzamelt urenlang licht, ook licht dat jij niet kan zien, zoals infrarood. Sterrenkundigen geven elk soort licht een kleur, zodat je de gassen uit elkaar houdt. Geen bedrog: een vertaling.'

Arno noteert: 'Kaart vijf: nevel.' Mats richt de verrekijker op Betelgeuze, de oranje schouder van Orion. 'Kiko. Welk monster is het felste van allemaal?' Kiko kijkt omhoog, voorbij Orion, voorbij alles wat je kan zien. 'Een zwart gat dat aan het eten is.'

De tuin is wit van de rijp. Pluis staat op de trampoline en Mats springt aan de andere kant. Bij elke sprong deint de hond mee. 'Zie je dat?' zegt Kiko. 'Mats beweegt, en de golven lopen door het doek tot bij Pluis. Zware dingen die snel bewegen, doen dat ook met de ruimte zelf.'

Albert Einstein voorspelde in 1916 dat zware, snel bewegende dingen rimpels maken in de ruimte, die met de snelheid van het licht wegdeinen. Die rimpels heten zwaartekrachtgolven. Einstein dacht dat ze veel te zwak waren om ooit te meten. Bijna honderd jaar later lukte het toch.

Op 14 september 2015 ving LIGO, twee meetstations in de Verenigde Staten, zo'n golf op. Elk station heeft twee buizen van 4 kilometer lang, haaks op elkaar, met laserlicht erin. De voorbijkomende golf rekte de ene buis een heel klein beetje uit en drukte de andere samen. Het verschil was kleiner dan de kern van één atoom.

De golf kwam van twee zwarte gaten, ongeveer 29 en 36 keer zo zwaar als de Zon, die om elkaar heen tolden en samensmolten. Dat gebeurde zo ver weg dat de golf ongeveer 1,3 miljard jaar onderweg was. Zet je het signaal om in geluid, dan hoor je een kort, stijgend tjirpje. Dat bedoelde Kiko met horen.

In 2017 kreeg het team de Nobelprijs. Intussen zijn er al meer dan honderd zulke botsingen gemeten. In 2017 botsten zelfs twee neutronensterren, en die botsing zagen telescopen ook als een lichtflits. 'Kaart zeven,' zegt Imane. 'Botsende zwarte gaten. Gevaar: nul. Coolheid: tien.'

Europa wil een nog gevoeliger detector bouwen, diep onder de grond: de Einstein Telescope. De grensstreek van België, Nederland en Duitsland, bij Luik, Maastricht en Aken, is een van de kandidaten. De keuze wordt over een paar jaar gemaakt.

Bij het ontbijt zit Daan met grote ogen naar de verhalen van de crew te luisteren. Dan zegt hij iets wat iedereen stil maakt. 'Als er overal monsters zijn… is er dan ook ergens een andere Aarde? Waar wij naartoe kunnen?' Imane slaat het monsterboek open op de laatste kaart. Het woord staat er nog altijd: thuis?

Terug op de zolder haalt Daan drie plastic kommetjes uit zijn speelkeuken en zet ze op een rij: zijn vraag is hij niet vergeten. 'Waar je wil wonen?' herhaalt Kiko. 'Dat is de vraag van elke planetenjager. En ze beginnen altijd bij water.' Al het leven dat we kennen, heeft vloeibaar water nodig. En water is alleen vloeibaar als het niet te heet en niet te koud is.

Rond elke ster ligt een ring waar het op een planeet precies goed kan zijn voor vloeibaar water aan de oppervlakte: de bewoonbare zone. Kiko zet Mats' zaklamp in het midden als ster en schuift de kommetjes heen en weer. 'Te dichtbij: te heet. Te ver weg: te koud. Hier ergens: precies goed.' Sommigen noemen het de Goudlokjezone, naar het sprookje waarin de pap niet te heet en niet te koud mocht zijn. Dichter bij de ster kookt het water weg. Verder weg bevriest het.

In ons zonnestelsel draait de Aarde in de bewoonbare zone. Venus staat dichter bij de Zon en is met ruim 460 °C een oven, ook door haar dikke dampkring. Mars staat aan de koude kant en heeft maar een dunne dampkring. Water vind je er vooral nog als ijs.

Maar let op: in de bewoonbare zone liggen, betekent niet dat er water of leven is. Kijk naar de Maan. Ze draait samen met de Aarde rond de Zon, dus ook midden in de bewoonbare zone. Toch ligt er nergens vloeibaar water op, want ze heeft geen dampkring om het vast te houden. Ook grootte, dampkring en geschiedenis tellen mee.

Bij een kleine, koele ster, een rode dwerg, ligt de bewoonbare zone heel dicht bij de ster. De dichtstbijzijnde ster na de Zon, Proxima Centauri, is zo'n rode dwerg, op ongeveer 4,2 lichtjaar. Rond haar draait een planeet in de bewoonbare zone: Proxima b. Alleen spuwt Proxima vaak felle uitbarstingen uit, en dat is slecht nieuws voor een dampkring.

Imane tekent op de laatste kaart drie vakjes: zo groot als de Aarde, in de bewoonbare zone, niet te ver. 'Bestaat dat?' Kiko grijnst van oor tot oor. 'Zeven planeten zo groot als de Aarde, rond één ster. Een paar ervan in de bewoonbare zone. En een team onder leiding van een Belg vond ze.'