Sterrenkundige Heino Falcke: ‘Kijk ik naar de ruimte, dan kijk ik naar God’

Sterrenkundige Heino Falcke speelde een sleutelrol in de totstandkoming van de eerste foto van een zwart gat. Volgende missie: een beeld van het zwarte gat in het hart van onze Melkweg.

Hoewel ze nog niet zo genoemd werden, tekenden wiskundigen al in 1916 de contouren uit van wat zwarte gaten zouden worden. Astronomen ontdekten veel later sterk geconcentreerde massa’s in het hart van sterrenstelsels, waarvan ze veronderstelden dat het zwarte gaten waren. Maar niemand had er ooit één gezien, tot op 10 april 2019 een consortium van 387 wetenschappers uit zestig instituten in achttien landen een foto van een zwart gat op de wereld losliet.

Het betrof een beeld van het superzware zwarte gat in een sterrenstelsel bekend als Messier 87 (M87). Het gat bevindt zich op 53,5 miljoen lichtjaar van de aarde en heeft 6,5 miljard keer de massa van onze zon. De foto laat een vurige cirkel zien, die in het echt meer dan 100 miljard kilometer breed is en een gapende leegte begrenst. Het spectaculaire beeld ging de wereld rond en werd de eerste weken liefst 4,5 miljard keer bekeken. Zwarte gaten spreken tot de verbeelding.

Een zwart gat is als de dood. Iedereen wil weten wat er gebeurt als je sterft, maar niemand kan terug om het te vertellen.

In die doorbraak speelde de Duitse sterrenkundige Heino Falcke, geboren in 1966 en al jarenlang verbonden aan de Nijmeegse Radboud Universiteit, een uiterst belangrijke rol. Falcke publiceerde zijn idee om de foto te maken in 2000, maar er gingen negentien lange jaren van voorbereiding vooraf aan de uiteindelijke realisatie van het beeld.

De ‘foto’ werd in april 2017 genomen en was in juni 2018 ‘ontwikkeld’. Het vergde veel telescoop-, reken- en simulatiewerk om het beeld te puren uit de massa verzamelde gegevens. Een halfjaar na de bekendmaking is de hectiek wat voorbij en kan Falcke met enige afstand terugblikken.

Beschouwt u de foto als het hoogtepunt van een lange wetenschappelijke weg?

Heino Falcke: Nee hoor, dit is nog maar het begin. We hebben voorlopig niet meer dan een soort schaduw gezien, maar die heeft wel het bewijs geleverd dat superzware zwarte gaten bestaan én dat ze een waarnemingshorizon hebben die hun grens bepaalt. Daarbinnen kun je niets meer waarnemen, omdat een zwart gat zo’n grote aantrekkingskracht heeft dat niets eraan kan ontsnappen, geen licht en geen informatie. Dat hadden we ook verwacht, maar je moet het natuurlijk wel zien om het te kunnen geloven. We begrijpen nu beter hoe een zwart gat werkt en hoe het eruitziet. En we kunnen checken of de theorie klopt met de wetenschappelijke realiteit.

En is dat het geval?

Falcke: Ja. Een van de voorspellingen van de relativiteitstheorie van Albert Einstein was dat zwarte gaten een heel eenvoudige structuur hebben. In feite zijn het de eenvoudigste objecten in het heelal. Er zijn maar twee parameters die hun eigenschappen bepalen: hun massa en hun draaisnelheid – ze tollen voortdurend om hun as. In 2016 namen wetenschappers zwaartekrachtgolven waar van kleine zwarte gaten met een massa van enkele tientallen keren die van onze zon. Wij hebben een beeld van een superzwaar zwart gat gemaakt. We hebben vastgesteld dat, ondanks het feit dat ons zwart gat 100 miljoen keer zwaarder is dan de kleine zwarte gaten van de zwaartekrachtgolven, ze dezelfde eigenschappen hebben en dus aan dezelfde theorie beantwoorden. Dat is goed nieuws voor de theorie.

Klopt het dat Einstein niet geloofde in het bestaan van zwarte gaten?

Falcke: Hij was er inderdaad niet gelukkig mee, hoewel de wiskunde die zwarte gaten voorspelde in zijn tijd al helemaal klaar was. Het concept bestond natuurlijk nog niet en over iets als een waarnemingshorizon was niets bekend. In feite is die waarnemingshorizon, die wij duidelijk gezien hebben, een belediging voor de natuurkunde. Want ze begrenst ruimtes in het heelal die aantoonbaar bestaan, maar die je niet kunt zien of meten. Het is iets als de dood. Je wilt weten wat er gebeurt als je sterft, maar als het gebeurt kun je niet meer terug om het te gaan vertellen. Zelfs met de allerbeste apparatuur die ooit gebouwd zal worden, zul je nooit in een zwart gat kunnen turen, want de theorie maakt dat onmogelijk. En als je erin springt om te gaan kijken, raak je er nooit meer uit, precies als met de dood. Het is een soort natuurlijke censuur: je mag alles onderzoeken, maar dát niet. Vergelijk het met een kind dat voor een kamer met kerstgeschenken staat, maar van zijn moeder te horen krijgt dat de deur nooit open zal gaan.

Waarom kwam u in 2000 op het vermetele idee om het toch te proberen?

Falcke: Je wilt als onderzoeker altijd tot aan de rand gaan, in dit geval ook letterlijk. Het was een grote uitdaging, want toen we begonnen wist niemand zeker of zwarte gaten ook echt bestonden. Er waren altijd veel argumenten die voor een mislukking van ons project pleitten, hoewel dat geen beletsel mag zijn om verder te werken. Zelfs Johannes Kepler met de eerste waarnemingen over de bewegingen van planeten en Galileo Galilei die vaststelde dat de aarde niet het middelpunt van het heelal was, kregen met sterke tegenargumenten af te rekenen.

Zo berekenden wij aanvankelijk dat zwarte gaten twee keer te klein zouden zijn om hun waarnemingshorizon te kunnen zien. Tot ik toevallig op een boek uit 1973 stuitte, waarin werd uitgelegd dat zwarte gaten fungeren als gravitatielens voor het licht dat er passeert, waardoor ze zichzelf vergroten en twee keer groter lijken dan ze zijn. Dan bleek het weer wél te kunnen. Finaal vond ik dat we het moesten proberen.

De basis van uw plan was om de aarde als één grote telescoop te gebruiken?

Falcke: Dat zat inderdaad al in ons basisplan uit 2000. Ik had al wat ervaring met interferometrie: het met elkaar verbinden van telescopen om waarnemingen te doen. Het is een techniek die al een tijd bestaat en zelfs al een Nobelprijs heeft opgeleverd. We berekenden dat we telescopen op verschillende plekken op de aarde nodig zouden hebben om de waarnemingen te kunnen doen. Het duurde wel negentien jaar voor die allemaal klaar waren.

Dat moet een frustrerende periode zijn geweest.

Falcke: Ja en nee. Het probleem was dat ik in het begin wel heel enthousiast was, maar bijna geen middelen had. Ik was al helemaal geen eigenaar van een telescoop. En een goed idee alleen is nooit genoeg. Maar naarmate de discussies over het project vorderden, kreeg ik meer middelen en mensen ter beschikking, met als grote sprong voorwaarts een Europees krediet van 14 miljoen euro in 2013 – er was toen 2 procent kans dat je project met zo’n beurs gefinancierd zou worden. De Amerikanen zaten ondertussen ook niet stil, waardoor we uiteindelijk genoeg financiële middelen hadden om ervoor te gaan.

Klopt het dat de Amerikanen, en met name de in België geboren Shep Doeleman, niet met u wilden samenwerken?

Falcke: Ik dacht aanvankelijk dat we wel samenwerkten, tot ik doorkreeg dat mijn naam systematisch werd weggelaten in de artikels die het project moesten promoten. Ze bleken mij dan toch niet nodig te hebben. Alles veranderde toen ik die grote Europese beurs kreeg.

Het is van het grootste belang dat Europa laat zien hoeveel wetenschappelijke kwaliteit het in huis heeft, al was het maar om goede studenten aan te kunnen trekken. Er is dit academiejaar aan onze universiteit een recordaantal studenten ingeschreven in het eerste jaar natuurkunde. Die zijn deels over de streep getrokken door de aandacht die onze foto gegenereerd heeft. Veel te dikwijls gaan Amerikanen met de eer lopen. De Belgische astronoom Michaël Gillon ontdekte in 2017 een stelsel met zeven mogelijk bewoonbare planeten dat hij Trappist doopte, maar het was de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA die met de eer van de ontdekking ging lopen.

U bent misschien niet het best geplaatst om daarover te oordelen, maar kan uw werk een Nobelprijs opleveren?

Falcke: Ik laat het aan anderen over om daarover te speculeren, maar we hebben er in ieder geval al een Amerikaanse Breakthrough-prijs voor fundamentele fysica mee gewonnen, te vergelijken met een Oscar in de filmwereld.

Hoe beslist u hoe u de foto zult voorstellen? In feite is ze een visualisatie van een massa meetgegevens. Er kwam bijvoorbeeld kritiek op het feit dat u het licht oranjerood kleurde.

Falcke: Wij meten radiogolven met onze telescopen. Die kun je niet zien met het blote oog, maar het zijn wel lichtgolven, weliswaar met héél lange golflengtes in wat je het ultrarood zou kunnen noemen. De vraag was hoe je dat naar een foto vertaalt. Aanvankelijk kregen radiogolven uit de ruimte in wetenschappelijke publicaties een regenboogkleur, maar dat vond ik toch wat te psychedelisch voor wat wij deden, te veel een evocatie van een happy sfeertje. Al vanaf ons originele voorstel in 2000 gebruikten we de oranjerode kleur, omdat ze meer op gevaar en hitte wijst. Dat was niet echt rationeel, maar het paste volgens ons beter bij een zwart gat. Het is ook de kleur van warmtestraling van bijvoorbeeld verhit staal, maar dan voor een temperatuur die een miljard keer lager is dan die van een zwart gat. Het doet me deugd vast te stellen dat de NASA in haar simulaties van zwarte gaten ondertussen dezelfde kleur gebruikt.

Sommige waarnemers interpreteren het als een simulatie van de poorten van de hel, zeker omdat u niet verbergt dat u diepgelovig bent.

Falcke: Ik geniet nog altijd van lezen in de Bijbel, en van nadenken en discussiëren over wat ik lees. Ik praat sowieso graag met mensen. Ik gebruik ook graag beelden uit de Bijbel om dingen te illustreren, zoals die poorten van de hel. Je moet dat niet letterlijk interpreteren, het is een soort aanvoelen. Het geeft een betere blik en dus een betere communicatie. De Bijbel brengt zijn boodschappen als verhalen van mensen. Wij hebben hard nagedacht over hoe we het met onze natuurkunde zouden doen. Zoals alle wetenschap is ons werk niet strikt programmeerbaar, maar wordt het mee bepaald door aanvoelen, net als kunst.

Kijkt u naar God als u naar de hemel kijkt?

Falcke: Het is een beetje lapidair uitgedrukt, maar het is wel zo. Uiteindelijk vloeit alles voort uit God. Hij is het beginpunt van alles. Het eerste wat God deed was spreken. Hij sprak! Dat is voor wetenschappelijke theorieën niet anders. Je moet als het ware uit het niets beginnen met een aantal stelregels. Zo kun je vertrekken van een soort kwantumschuim waaruit je wiskundige regels puurt die bepalen hoe de dingen evolueren. Daar ontstaat dan een heelal uit met alles erop en eraan, inclusief leven. Maar er moet ergens een abstract beginpunt zijn. Als ik zo naar de natuurwetten kijk, kijk ik uiteindelijk naar God. Dat geeft me een bepaalde rust.

Ondanks de hectiek waarmee uw ontdekking gepaard ging?

Falcke: Als gelovige besef ik goed dat mijn kennis altijd beperkt zal zijn. Ik weet dat ik nooit alles zal weten, maar ik doe wel mijn best om goed onderzoek te doen. Ik hoef ook niet alles te weten. Je kunt natuurlijk wel de vraag stellen of God meer is dan een stel regels. Heeft Hij net als wij betekenis en een wil? Het zou kunnen dat abstracte concepten als geloof, hoop en liefde geen geplande neveneffecten van bepaalde beginregels zijn; misschien waren ze er wel vanaf het begin en zijn ze ‘echt’.

Het is een vraag die vergelijkbaar is met de vraag of wiskunde echt bestaat. Je kunt alles wiskundig beschrijven, maar is het gewoon een beschrijving of zit er iets realistisch achter? Daar kun je fantastisch over nadenken zonder dat je er een bewijs voor vindt. Je moet goed naar jezelf kunnen luisteren en dan kiezen voor een van de opties.

Ligt er voor u nog een mooie toekomst in het verschiet nu de foto gemaakt is?

Falcke: Het beste moet nog komen! Er is nog veel werk aan de gegevens van M87. We willen nog kijken naar het magneetveld rond een zwart gat – dat is nog nooit gebeurd. De wetenschappelijke wereld discussieert volop over de gegevens die we verzameld hebben. Ik ren van de ene lezing naar de andere, soms acht per week, zondag inbegrepen. We plannen een nieuwe meetsessie aan M87 in april 2020. Tegelijk maken we plannen voor een nieuw project.

Het voordeel is dat we door deze foto veel geleerd hebben, zodat het in de toekomst hopelijk gemakkelijker wordt om andere beelden te maken. Het was ook zo slopend voor mezelf en vele anderen dat we beslist hebben dat we niet nog eens door zo’n hectische toestand willen. We gaan het rustiger aan doen. Dat zal wel lukken. Het is een beetje als met de landingen op de Maan. Iedereen vond de eerste maanlanding fantastisch, maar nadien ebde de aandacht snel weg. In feite was de ruimtemissie van Apollo 17 veel belangrijker dan die van de eerste maanlanding met Apollo 11, want ze heeft veel meer wetenschappelijke informatie opgeleverd. Maar toen was de aandacht van het grote publiek al helemaal weg.

Wat is het nieuwe project waarover u sprak?

Falcke: We zouden graag een beeld maken van Sagittarius A*, het superzware zwarte gat in het hart van onze Melkweg. Het zou mooi zijn als dat vergelijkbare resultaten zou opleveren, want dat zou een echte bevestiging zijn van de waarheidsgetrouwheid van wat we voor M87 hebben gevonden. Maar je weet het nooit in deze wereld. Voor M87 hebben we vier dagen na elkaar constant gemeten, wat telkens hetzelfde plaatje opleverde. Maar voor Sagittarius A* zullen we niet hetzelfde protocol kunnen gebruiken, want ons zwarte gat is veel onstuimiger dan dat van M87. Voor M87 heeft het gas dat met de lichtsnelheid rond het zwart gat draait drie weken nodig om de volledige ronde te maken. Voor Sagittarius A* is dat amper twintig minuten.

Dan moet u eerder een filmpje maken dan een foto?

Falcke: Precies, dat is wat we moeten proberen. Maar daar hebben we nog te weinig telescopen voor. We zijn druk aan het lobbyen om meer telescopen te kunnen inzetten, onder meer in Europa en zeker ook in Afrika. We plannen om een Zweedse telescoop uit Chili te halen en naar Namibië te transporteren om hem in ons project te kunnen inschakelen. De Amerikanen hebben 13 miljoen dollar gekregen voor nieuwe telescopen die ze vooral in de VS zelf zullen plaatsen. En in de toekomst zal het nog groter worden.

In oktober was ik op een meeting van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, waar gesproken werd over de ruimtemissies die de ESA tussen 2030 en 2050 hoopt uit te voeren. Daar zit een project bij voor interferometrie vanuit de ruimte, waarbij we een aantal ruimtetelescopen aan elkaar zouden koppelen voor een nieuwe reeks waarnemingen. Het is een werk van lange adem dat je nu al moet beginnen te plannen.

Wat verwacht u precies van uw werk rond Sagittarius A*?

Falcke: Ik denk dat het mijn professionele hoogtepunt wordt. Veel van mijn collega’s werken er al met veel enthousiasme aan. Het is het dichtstbijzijnde superzware zwart gat, tevens het hart van ons eigen sterrenstelsel, dus het zal wetenschappelijk uniek zijn. Maar de resultaten zullen niet dezelfde emoties opleveren als de eerste foto. Die foto was het begin, de vonk die de rest aanstak. Het is altijd de eerste blik die blijft hangen. Dat zal voor ons werk niet anders zijn.