Het Parool van 11-10-2002, Pagina 8-9, PS Wetenschap, Interview

Zwerven door de Kuipergordel
BRUNO VAN WAYENBURG
Ongelofelijk dat Quaoar niet eerder is ontdekt, zegt astronoom Simon Portegies Zwart. Samen met zijn studenten wandelde hij door de Kuipergordel, ver voorbij Pluto, waar het nieuwe hemellichaam is gevonden.
Ineens botsen we op de zon. De zon blijkt hol, en van binnen bekleed met het zelfde oranje-gele patroontje als de buitenkant. 'Kijk uit, je stapt in de zon', zegt astronoom Simon Portegies Zwart. Zijn student Jort Gemmeke doet een stap terug, en we ploppen weer naar buiten. De gloeiende bal hangt in een pikzwart heelal, bezaaid met witte sterren en kleine grijze bollen. Ze lijken zo echt en dichtbij in de leegte te zweven, dat je ze zou kunnen pakken.
We zijn in de CAVE, een klein kamertje met 3D-projectie op vloer, zijwanden en achterwand, in het Academisch rekencentrum SARA in de Watergraafsmeer. Krachtige computers projecteren op die wanden een virtueel zonnestelsel, afgestemd op het zicht dat UvA-student computerwetenschappen Jort Gemmeke door zijn 'masterbril' heeft.
Die masterbril lijkt een soort skibril, maar het is een ingewikkeld apparaat waarvan het linker- en het rechterglas beurtelings doorzichtig worden, zestig maal per seconde. Met dezelfde frequentie wisselt de computer de beelden af die Gemmekes linker- en rechteroog moeten zien, en zo ontstaat een perfecte 3D-illusie. Voor Gemmeke, maar ook voor degenen die met een andere knipperbril vlak bij hem staan. Een sensor in de masterbril meet bovendien voortdurend de positie van zijn hoofd. Als de student met zijn hoofd zwaait, zwaait het beeld de andere kant op. Wie snel zeeziek is, moet zijn bril af en toe even af zetten.
Niet dat de drie studenten daar last van hebben. Ook Jelle van den Berk en Gerard van den Akker hebben het te druk met het bekijken van de 'Kuiper-gordel'. Dat is een verzameling van ijzige rotsblokken, helemaal aan de rand van het zonnestelsel, buiten de baan van Neptunus. Op een afstand van zo'n vier en een half tot zeven en een half miljard kilometer van de zon draaien ze hun rondjes - dertig tot vijftig keer zo ver van de zon als de aarde.
De Kuipergordel is een geboorteplaats van kleine kometen. Het bestaan van de verzameling rotsblokken was in de jaren vijftig voorspeld door de Nederlandse astronoom Gerard Kuiper, maar pas vanaf 1992 zijn de stenen ook werkelijk gezien, met krachtige telescopen. Van zo'n vijfhonderdvijftig objecten zijn positie en baan in kaart gebracht, maar het werkelijke aantal ligt vermoedelijk op zo'n zeventigduizend.
Achteraf gezien is er veel voor te zeggen om de in 1930 ontdekte tiende planeet, Pluto, ook tot de Kuipergordel te rekenen. Helemaal nu afgelopen maandag de ontdekking is bekend gemaakt van 'Quaoar', het tot nog toe grootste object uit de Kuipergordel, ongeveer half zo groot als Pluto.
'Ongelofelijk dat die niet eerder ontdekt is,' vindt astronoom Simon Portegies Zwart. Het geeft aan hoe jong het onderzoek van de Kuipergordel eigenlijk is, en hoe weinig er nog bekend is over de verre stenenverzameling. Vandaar ook dat zijn studenten er wel eens een kijkje wilden nemen.
Als Gemmeke met zijn joystick wegbeweegt van de zon, doemen de 'Kuipergordelobjecten' al snel op. In de CAVE-weergave zijn het grijze bollen met een motiefje. In het echt zijn de meeste Kuipergordelobjecten niet mooi rond maar grillig van vorm, maar voor de computer is een bol nou eenmaal makkelijker rekenen. Onderweg naar de randen van het zonnestelsel komen de vier reuzenplaneten Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus voorbij, ieder met zijn eigen kleurtje.
'De objecten zijn niet op schaal, hoor,' zegt Gemmeke. Vergeleken met de afstanden in het zonnestelsel zijn de planeten zo klein dat er met de juiste schaal weinig meer te zien zou zijn dan wat stipjes, en van de Kuipergordelobjecten zou er bijna niets over blijven. De virtuele zon is daarom groter gemaakt dan de baan van alle planeten tot Mars, die dan ook niet te zien zijn. De geprojecteerde Kuipergordelobjecten zijn, ook onrealistisch, weer groter dan de zon.
'Daar heb je het gat,' zegt Portegies Zwart. In de ring van bollen lijkt een bres geslagen, een stuk waar geen enkele grijze bol rondzweeft. Het is onduidelijk hoe dat gat er komt, vertelt de astronoom, al is het hem overduidelijk dat het gat er in het echt niet is, maar dat het een gevolg is van een selectieve zoekmethode naar Kuipergordelobjecten.
Een selectie-effect, heet dat, hoewel de astronomen niet kunnen verklaren wat voor selectie-effect zo'n rare bres kan slaan. 'Maar als je de tijd laat doorlopen, en alle objecten volgen hun eigen baan, dan smeert de wolk van stenen zich zo uit dat het gat in zestig jaar dicht is,' zegt Gemmeke. 'Dus natuurlijk is er geen gat.'
Een ander selectie-effect is beter te verklaren, namelijk dat veel Kuipergordelobjecten op een rijtje lijken te staan, zoals ook in de simulatie te zien is. Kuipergordelobjecten worden nu eenmaal gevonden met telescopen die maar een klein hoekje van de hemel afspeuren. Vandaar dat de gevonden rotsen vaak in dunne, zogenoemde potloodbundels liggen, ook al is er onder alle Kuipergordelobjecten niet de minste neiging om vanzelf in rijtjes te gaan staan.
Met het verstrijken van de tijd verdwijnen zulke rijtjes dan ook. Het computerprogramma kan dat laten zien, demonstreert Gemmeke. Zodra hij de klok laat lopen, beginnen de grijze bollen aan een trage rondedans, die in de verte doet denken aan een school slome vissen. De computer neemt aan dat alle objecten ellipsbanen volgen rond de zon, ongestoord door de zwaartekracht van andere Kuipergordelobjecten of planeten. 'Dat klopt wel niet helemaal, maar zo kan de computer het tenminste bijhouden,' zegt Gemmeke. De eeuwen tikken weg, maar in het jaar 4715 vindt Portegies Zwart het welletjes. 'Is dit niet een beetje overdreven?' roept hij zijn studenten tot de orde.
Er moet ook gestudeerd worden op echte kenmerken van de gordel, zoals de Kuiper gordelobjecten met een afwijkende baan. De meeste objecten bewegen zich in het vlak waarin ook de planeten draaien. Dat klopt met de huidige theorieën over het ontstaan van het zonnestelsel. Dat zou zich gevormd hebben uit een schijf van gas en stof rond de zon. Wel is de gordel om onverklaarbar reden heel wat dikker dan het vlak waarin de planeten draaien.
En sommige Kuipergordelobjecten lijken zich zelfs helemaal uit dat vlak losgemaakt te hebben. Ze draaien in een baan die een forse hoek maakt met het vlak. In één omloop komen ze soms wel vijftig maal de aarde-zonafstand boven het vlak uit, om er vervolgens de zelfde afstand onder te duiken.
Met een druk op de knop kan Gemmeke deze afwijkende rotsblokken groen kleuren. Dan blijken het er behoorlijk wat te zijn. Er zijn verschillende oorzaken van hun afwijking denkbaar. Een langskomende ster kan de stenen met zijn zwaartekracht uit zijn baan getrokken hebben. Of de objecten zijn misschien op buren gebotst, waardoor hun baan afwijkend werd.
Volgens berekeningen van de studenten zijn veel groene rotsblokken door een ster verstoord. 'Die ster zou dan op minder dan honderd maal de afstand tussen zon en aarde langsgekomen moeten zijn,' zegt Jelle van den Berk. Het mechanisme is niet onbelangrijk, omdat een controversiële theorie voor het periodiek uitsterven van grote aantallen diersoorten leunt op een buurster van de zon. Die komt om de zesentwintig miljoen jaar langs, en veroorzaakt met zijn zwaartekracht een regen van kometen uit een nog verder liggende gordel van objecten, de Oortwolk. Af en toe stort er daarvan één op de aarde, een gebeurtenis waar de dinosauriers hun einde aan te danken zouden hebben.
Maar of de groene bollen in de simulatie werkelijk door een ster in een andere baan gebracht zijn, is nog lang niet zeker, relativeert Portegies Zwart. 'Het is een suggestie. Het zou minstens een promotie-onderzoek kosten om dat uit te zoeken,' zegt hij. Het is dan ook niet de bedoeling dat de studenten keiharde wetenschappelijke primeurs slepen uit het gezwerf aan de randen van het zonnestelsel.
'Dit is een project in het derde jaar, een eerste onderzoek waarin ze het zelf helemaal uit moeten zoeken,' zegt Portegies Zwart.'Tot nu toe hebben ze alleen maar hapklare brokken gehad. Altijd prachtige eenduidige uitkomsten uit hun sommen.' Dat valt nogal mee, vinden de studenten.
Toen zijn studenten voorstelden de Kuipergordel eens onder de loep te nemen, regelde Portegies Zwart de simulatie in de CAVE. Een mooie oefening ook voor Gemmeke, die de hele boel programmeerde. De twee uren op de computerfaciliteit kosten officieel bijna tweeduizend euro, maar onderzoeksfinancier NWO schonk wat computertijd.
Dit soort dingen zijn tegenwoordig beschikbaar, dus moet je studenten er ook mee leren werken, vindt Portegies Zwart, die zelf in zijn onderzoek ook veel aan 'computationele astronomie' doet, ofwel het rekenen aan sterren en planeten. 'Veel mensen denken dat wij altijd door telescopen zitten te kijken, maar rekenen is ook een wezenlijk onderdeel,' zegt hij. En omdat de sterrenkunde zich in in drie dimensies afspeelt, is het soms belangrijk om ook in drie dimensies naar de berekeningen te kijken. 'Bovendien is het erg leuk.'
'Heel erg indrukwekkend,' vindt Gemmeke het na afloop. 'Ik heb er drie maanden aan gewerkt. Dan is het heel mooi om er midden tussen te lopen. Je kunt zo'n afwijkende baan wel opzoeken als getalletje in een database, maar je beseft pas wat er gebeurt als je het ziet.'
Een beetje, een heel klein beetje, had Gemmeken het idee dat hij er ook echt was, daar ver weg in de Kuipergordel. 'Op een gegeven moment had ik wel een Star Trek-gevoel. Ja, zeker.'
Simon Portegies Zwart in de CAVE in de Amsterdamse Watergraafsmeer. FOTO SANDER NIEUWENHUYS

Copyright: Wayenburg, Bruno van