PlusAchtergrond

Supercomputers bieden een ongekend gedetailleerde blik op sterrenstelsels

Sinds afgelopen week kunnen sterrenkundigen hun hart ophalen aan twee kaarten die grote stukken van de hemel in ongekend detail tonen. Met dank aan supercomputers en grote netwerken van radiotelescopen. ‘De ontwikkelingen gaan opeens heel hard.’

Dennis Vaendel
Een beeld van de MeerKAT-weergave van de Melkweg. De sterkste bronnen van radiosignalen zijn in kleur weergegeven. De brede verticale 'veeg' door het beeld omspant een afstand van 1400 lichtjaren. Beeld I. Heywood/SARAO
Een beeld van de MeerKAT-weergave van de Melkweg. De sterkste bronnen van radiosignalen zijn in kleur weergegeven. De brede verticale 'veeg' door het beeld omspant een afstand van 1400 lichtjaren.Beeld I. Heywood/SARAO

Het is alsof je een kaart waarop steden staan weergegeven als bolletjes inruilt voor eentje waarop je ook afzonderlijk wegen en parken kunt zien. Op de nieuwe hemelkaart staan zo’n 2500 verre sterrenstelsels, verdeeld over een stuk hemel ter grootte van zo’n 25 keer de volle maan. Voorheen waren deze stelsels enkel bekend als vlekjes van licht, maar nu zijn er structuren te zien die onder meer de aanwezigheid van enorme zwarte gaten onthullen.

De vorige week gepubliceerde kaart is gemaakt met waarnemingen van de internationale Lofar-telescoop, die de hemel afspeurt in radiogolven, straling die onzichtbaar is voor onze ogen. Dat gebeurt niet met één grote telescoop, maar met duizenden losse antennes, verspreid over negen Europese landen, met meetstations in Drenthe als centrum. Door de afzonderlijke waarnemingen van deze antennes samen te voegen, kan men zeer scherpe plaatjes van het heelal schieten.

Om de grote hoeveelheid meetgegevens van al deze stations te verwerken, is wel ontzettend veel rekenkracht nodig. Dit maakte het tot voor kort onmogelijk om met radiotelescopen grote stukken hemel gedetailleerd in kaart te brengen. “Dankzij de ontwikkeling van supercomputers en verbeterde algoritmes zijn de afgelopen jaren grote stappen gezet,” zegt astronoom Huub Röttgering van de Universiteit Leiden, die meewerkte aan de Lofar-studie. “Waar we tot dusver alleen kaarten konden maken met de gegevens van een beperkt aantal meetstations, kunnen we nu alle Europese Lofar-stations tegelijk inzetten.”

Ongekende resolutie

En dat levert plaatjes van ongekende resolutie op. De nieuwe kaart, gemaakt met behulp van de nieuwe Leidse supercomputer Alice en de nationale supercomputer van Surf in Amsterdam, bevat nu al meer pixels dan de grootste, gedetailleerdste radiokaarten van de gehele hemel. “En dat is nog maar van acht uur aan metingen,” merkt Röttgering op.

“We hebben nog vier- tot vijfhonderd uur aan opnames van dit stukje hemel klaarliggen, waarmee we nog gedetailleerdere kaarten kunnen maken. Bovendien willen we uiteindelijk een radiokaart van de gehele noordelijke hemel creëren, waarvoor we ook al redelijk wat waarnemingen hebben. Na een lange aanloopfase vol technologische ontwikkelingen gaat het nu opeens heel hard.”

Dat geldt ook voor andere radiotelescopen. Vrijwel gelijktijdig met de Lofar-kaart publiceerde een andere onderzoeksgroep een uitzonderlijk gedetailleerde radiokaart met waarnemingen van radiotelescoop MeerKAT in Zuid-Afrika, eveneens gebruikmakend van de rekenkracht van supercomputers. Zij keken echter niet naar andere sterrenstelsels, maar legden het centrum van onze eigen Melkweg bloot.

Inzichten combineren

Van concurrentie tussen de teams is echter geen sprake. “Deze twee kaarten vullen elkaar juist goed aan,” zegt Röttgering. “Met de radiokaart van de Melkweg kunnen we één sterrenstelsel zeer gedetailleerd bestuderen. Onze Lofar-kaart bevat minder details, maar toont wel duizenden stelsels tegelijk, in verschillende soorten en maten en met verschillende leeftijden. Vergelijk het met het begrijpen van Covid-19: in het ziekenhuis kun je individuele patiënten nauwkeurig onderzoeken, maar je kunt ook kijken naar besmettingscijfers over de gehele populatie. Door deze inzichten te combineren, krijg je een compleet beeld.”

Uiteindelijk moet dit leiden tot een beter begrip van het ontstaan van sterrenstelsels. Zo blijkt vrijwel ieder stelsel, inclusief de Melkweg, een zeer zwaar zwart gat in het centrum te hebben. Sommige van deze zwarte gaten zijn erg actief, waarbij ze enorme stromen van gas uitstoten. Röttgering: “We kunnen deze stromen nu voor het eerst gedetailleerd bekijken bij een groot aantal jonge sterrenstelsels. De nieuwe inzichten die dit gaat opleveren, vertellen ons mogelijk weer meer over de geschiedenis van de Melkweg.”

Meer over