In een geperst cleanroom in Greenbelt, Maryland, is een 12 meter hoge stapel van uiterst nauwkeurig glas en goud eindelijk tot stilstand gekomen. Ingenieurs van NASA's Goddard Space Flight Center hebben het grootste deel van een decennium – en miljoenen uren aan "echt, echt rekenwerk" – besteed aan het in elkaar zetten van de Nancy Grace Roman Space Telescope. Het is een machine die gebouwd is met één enkel, existentieel doel: ontdekken waarom het universum uit elkaar vliegt met een snelheid die onze huidige natuurwetten op een kladversie doet lijken.
De naar de vrouw vernoemde telescoop, die een sceptische overheid ervan wist te overtuigen dat de Hubble Space Telescope het risico waard was, is niet zomaar een upgrade. Het is een paradigmaverschuiving. Waar Hubble onze blik op de kosmos veranderde door in te zoomen op specifieke, adembenemende lichtpuntjes, is Roman ontworpen om afstand te nemen en het hele plaatje te bekijken. Het is het verschil tussen naar het universum kijken door het oog van een naald en het bekijken op een IMAX-scherm. De enorme schaal van de gegevensverzameling is zo groot dat NASA-wetenschappers nu al waarschuwen dat we niet klaar zijn voor wat er daarna gebeurt.
Als je de lucht in kaart zou willen brengen met Hubble met dezelfde mate van detail die Roman zal bieden, zou je Hubble nog honderd jaar operationeel moeten houden. Roman is van plan om diezelfde klus in ongeveer dertig dagen te klaren. Het is een honderdjarige sluiproute die een probleem moet oplossen dat sinds 1998 broeit, toen astronomen beseften dat de uitdijende beweging van het universum niet vertraagde onder het gewicht van de zwaartekracht – maar juist gas gaf. Iets duwt de kosmos naar buiten, en we hebben absoluut geen idee wat het is.
De honderdjarige sluiproute
De spiegel van de telescoop is even groot als die van Hubble, met een diameter van 2,4 meter. Maar daar houden de overeenkomsten op. De camera in Roman heeft een gezichtsveld dat 100 keer groter is dan dat van zijn voorganger. Dit gaat niet alleen over het maken van grotere foto's; het gaat om statistiek. Als je wilt begrijpen hoe een bos groeit, kijk je niet een eeuw lang naar één boom; je bekijkt het hele bos door de verschillende seizoenen heen. Roman zal grote delen van de lucht tegelijk scannen en de posities en vormen van honderden miljoenen sterrenstelsels vastleggen.
Dit vermogen om de wijde lucht in kaart te brengen is de sleutel tot het identificeren van de barsten in onze huidige kosmologische theorieën. Jarenlang hebben wetenschappers vertrouwd op het Standaardmodel van het universum – een wiskundig raamwerk dat verklaart hoe alles, van atomen tot sterrenstelsels, zich gedraagt. Maar naarmate onze metingen nauwkeuriger zijn geworden, is de wiskunde gaan falen. Er groeit een spanning binnen de wetenschappelijke gemeenschap omdat verschillende manieren om de uitdijende beweging van het universum te meten, tot verschillende antwoorden leiden. Roman is de beslisser.
Waarom de wiskunde van het universum niet klopt
Alles wat je ooit hebt gezien, aangeraakt of geproefd – elke ster, planeet en persoon – vormt slechts ongeveer vijf procent van het universum. De rest is een cocktail van donkere materie en donkere energie. Donkere materie is de onzichtbare lijm die sterrenstelsels bij elkaar houdt en de extra zwaartekracht levert die nodig is om te voorkomen dat ze uit elkaar vliegen. Donkere energie is het tegenovergestelde: het is de mysterieuze druk die de uitdijing van het universum steeds sneller laat gaan.
Het probleem is dat donkere energie volkomen onzichtbaar is. We weten alleen dat het er is omdat we kunnen zien wat het doet met de dingen die we *wel* kunnen zien. Het is alsof je de bladeren van een boom ziet bewegen en daaruit het bestaan van wind afleidt. Maar in tegenstelling tot wind lijkt donkere energie na verloop van tijd niet af te nemen. Het lijkt een eigenschap van de ruimte zelf te zijn. Naarmate het universum uitdijt en er meer ruimte ontstaat, is er meer donkere energie, wat weer tot meer uitdijing leidt. Het is een uit de hand gelopen feedbackloop die ons sterrenstelsel uiteindelijk in een koude, donkere leegte zal achterlaten.
De erfenis van de pioniers op de grond
Roman hoeft niet vanaf nul te beginnen. Het neemt het stokje over van experimenten op de grond, zoals het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). DESI heeft onlangs zijn eerste missie van vijf jaar voltooid en met een enorme robotische opstelling in Arizona 30 miljoen sterrenstelsels in kaart gebracht. De resultaten van DESI zijn al begonnen de fundamenten van de natuurkunde te doen wankelen, wat suggereert dat donkere energie misschien geen constante kracht is, maar iets dat in de loop van de tijd evolueert.
Als donkere energie verandert, betekent dit dat ons huidige begrip van de natuurkunde een enorm puzzelstuk mist. Het zou zijn alsof we ontdekken dat de zwaartekrachtwetten alleen op dinsdag werken. Roman zal de aanwijzingen van DESI oppakken en dieper in het verleden kijken, waarbij het universum wordt gezien zoals het was toen het slechts enkele miljarden jaren oud was. Door de 3D-kaarten van DESI te vergelijken met de hogeresolutiegegevens van Roman, zullen astronomen de volledige geschiedenis van het kosmische touwtrekken tussen zwaartekracht en donkere energie kunnen zien.
Dit is niet louter academische nieuwsgierigheid. Het begrijpen van donkere energie is in essentie de zoektocht naar hoe het verhaal van het universum eindigt. Als donkere energie blijft versnellen, zou de "Big Rip" (grote scheur) in de verre toekomst letterlijk atomen uit elkaar kunnen trekken. Als het vervaagt, zou het universum in een "Big Crunch" (grote inkrimping) weer in zichzelf kunnen storten. We vliegen momenteel in een vliegtuig zonder te weten of het zal landen, neerstorten of voor altijd in een baan om de aarde zal blijven. Roman is de vluchtdatarecorder die ons het antwoord zou kunnen geven.
Staren in de schittering van een miljard zonnen
Hoewel donkere energie het hoofdnummer is, heeft de Roman-telescoop een tweede, even moeilijke missie: het vinden van Aarde 2.0. Om dit te doen, draagt het een instrument genaamd een coronagraaf. In het verleden vonden we planeten rond andere sterren door te letten op de "dip" in het licht wanneer een planeet voor zijn ster langs trok. Het was alsof je vanaf vijf kilometer afstand een mot probeerde te spotten die voor een stadionlamp vloog. Het is effectief, maar we kunnen de planeet zelf er niet door zien.
De coronagraaf van Roman is ontworpen om het licht van de ster volledig te blokkeren, waardoor we het kleine, vage stipje van een planeet die eromheen draait kunnen zien. NASA-ingenieurs vergelijken het met de poging om een vuurvliegje te zien dat naast een vuurtoren aan de andere kant van de Atlantische Oceaan zweeft. Het vereist een niveau van stabiliteit dat nog nooit eerder in een ruimtetelescoop is bereikt. De spiegels in de coronagraaf moeten worden afgesteld in stappen die kleiner zijn dan de breedte van een streng DNA om het sterlicht teniet te doen.
Als het werkt, zal Roman direct beelden kunnen maken van reuzenplaneten rond andere sterren en, nog belangrijker, hun atmosferen kunnen analyseren. Het zal zoeken naar de chemische vingerafdrukken van water, methaan en zuurstof. Het is de eerste stap naar het vinden van een wereld die op de onze lijkt. Tegen de tijd dat de missie is voltooid, zal Roman naar verwachting tienduizenden nieuwe exoplaneten hebben ontdekt, waardoor onze kaart van het sterrenstelsel verandert van een verzameling gissingen in een gedetailleerde atlas.
De voltooiing van de bouw van de telescoop markeert het einde van de technische fase en het begin van de reis naar het lanceerplatform. Het is een machine die geboren is uit miljoenen uren arbeid, ontworpen om vragen te beantwoorden die mensen stellen sinds we voor het eerst naar de sterren keken. We staan op het punt om precies te ontdekken waar het universum van gemaakt is, zelfs als het antwoord bewijst dat alles waarvan we dachten dat we het wisten, onjuist was.
Comments
No comments yet. Be the first!