Icon up Overzicht

Michiel van der Klis

Onderwerp:

Op 9 februari 2006 interviewden Roderick Knuiman en Ramy El-Dardiry de Nederlandse sterrenkundige Michiel van der Klis, onderzoeker aan het Anton Pannekoek Instituut (Universiteit van Amsterdam). Het interview is een onderdeel van de interviewreeks met Spinozapremie winnaars.

De Spinozaprijs is de belangrijkste wetenschappelijke prijs in Nederland. De prijs wordt ook wel de Nederlandse Nobelprijs genoemd.

In een serie interviews onderzoeken Ramy El-Dardiry en Roderick Knuiman wat de drijfveren zijn van de vooraanstaande wetenschappers aan wie deze prijs is toegekend.

Voor de overige interviews uit deze reeks kun je op de namen klikken, links in de kantlijn bij dit artikel.

Uw onderzoeksgebied is behoorlijk spannend en ver weg. Het gaat over extremen in het heelal. Zou u kunnen uitleggen wat u en uw onderzoeksgroep precies onderzoeken?

Ons onderzoek gaat over neutronensterren en zwarte gaten. Neutronensterren zijn ineengestorte sterkernen. In een dergelijke neutronenster is de massa van een sterkern samengeperst tot een bol met een diameter van ongeveer twintig kilometer. Het materiaal waar een neutronenster uit is opgebouwd heeft dus een heel hoge dichtheid. De zwarte gaten die ik bestudeer zijn op eenzelfde manier ontstaan, alleen is een zwart gat nog net wat verder ineengestort.
Bij een zwart gat is de ineenstorting zelfs zo extreem dat de materie van de sterkern in theorie tot een punt wordt teruggebracht. Om zo’n zwart gat vormt zich dan volgens de algemene relativiteitstheorie een vreemde kromming van ruimte-tijd. Er ontstaat een zogeheten horizon rondom het centrale punt van het zwarte gat: een denkbeeldig bolvormig oppervlak. Deze horizon wekt als een soort eenrichtingsmembraan. Je kunt er wel in, maar niet uit.

Figuur 1 en 2. Links is een neutronenster te zien, rechts een artist impression van een zwart gat. De neutronenster is het stipje in het midden van de gloeiende gaswolk; die wolk is het restant van de ontplofte ster. De horizon van het zwarte gat is in het zwart weergegeven. Komt een object onder de horizon dan is het verloren en kan het niet meer ontsnappen. Beide figuren zijn afkomstig uit de Spinozarede van Professor Van der Klis.

Astrofysisch gezien zijn neutronensterren en zwarte gaten erg vergelijkbaar. Als je een neutronenster met een factor twee of drie meer in elkaar zou persen, dan zou het ook een zwart gat worden. De massa van de neutronenster zou dan binnen zijn eigen horizon vallen.
Als een neutronenster of een zwart gat om een gewone ster heen draait vinden er interessante fysische verschijnselen plaats. Die verschijnselen onderzoeken wij. Door de sterke zwaartekracht wordt er materiaal van de gewone ster naar de neutronenster of zwart gat gezogen. Met een heel hoge snelheid (in de orde van de lichtsnelheid) spiraalt deze materie in een plat vlak om de neutronenster heen, totdat het uiteindelijk op het oppervlak van de neutronenster valt. Hier komt röntgenstraling bij vrij. De hoge snelheden zorgen ervoor dat de materie meer dan duizend omwentelingen per seconden om de neutronenster heen maakt. Het behoud van impulsmoment leidt ertoe dat de neutronenster zelf uiteindelijk ook heel snel om zijn as gaat draaien. De spinperiode wordt dan in de orde van milliseconden!
In de toekomst willen we ons onder andere bezighouden met het detecteren van gravitatiegolven, dat zijn voortplantende verstoringen in de ruimte en tijd. We willen dat doen door gebruik te maken van objecten in het heelal zelf. Snelronddraaiende neutronensterren, radiopulsars, die we net beschreven hebben, zouden de gevolgen van heel lange gravitatiegolven moet ondervinden. Dit soort lange gravitatiegolven zouden zijn overgebleven van de Big Bang. De resultaten van het onderzoek zullen ons dus misschien iets vertellen over het begin en de oorsprong van het heelal.

Waarom is dit onderzoek voor u zo uitdagend?

Ik vind het erg fascinerend dat de werkelijkheid niet zo is zoals je op het eerste gezicht zou denken, maar dat je er door wetenschappelijk onderzoek achter kan komen hoe de natuur eigenlijk wel in elkaar zit.

Een basisreden voor mij om dit soort onderzoek te doen is dat de relativiteitstheorie een heel exotische beschrijving van de werkelijkheid oplevert. Ruimte en tijd vormen een continuüm, iets dat ons intuïtief helemaal niet aanspreekt. Ruimte en tijd kunnen krommingen vormen, en deze krommingen zijn de zwaartekracht. Wij kunnen ons dat moeilijk voorstellen, want wij denken alleen in Euclidische (driedimensionale, niet-gekromde) ruimten. Ik vind het erg fascinerend dat de werkelijkheid niet zo is zoals je op het eerste gezicht zou denken, maar dat je er door wetenschappelijk onderzoek achter kan komen hoe de natuur eigenlijk wel in elkaar zit.
Er zijn andere gebieden in de natuurkunde, zoals de quantummechanica, die ook gaan over dat contra-intuitieve karakter van de werkelijkheid. Ik ben echter een astrofysicus en ik probeer zwarte gaten, plekken waar ruimte en tijd sterk vervormd zijn, rechtstreeks te bestuderen. Dit doen we door waarnemingen te doen met behulp van astrofysische methoden. We kunnen zwarte gaten en neutronensterren alleen van de buitenkant bekijken. In de astrofysica doen we waarnemingen met elektromagnetische straling. Ikzelf gebruik dus röntgenstraling om de omgeving van neutronensterren en zwarte gaten te bestuderen. Om deze röntgenstraling te detecteren gebruiken we satellieten.
Het zou natuurlijk nog leuker zijn om een zwart gat in een lab te hebben en er dan met allerlei lasers op te schijnen, er een touwtje in te laten zakken en te kijken wat er gebeurt. Helaas is dat geen mogelijkheid. Doordat we zowel zwarte gaten als neutronensterren onderzoeken kunnen we ook bestuderen wat nu exclusief is voor zwarte gaten en wat je ook al kunt zien bij de heel sterke zwaartekracht van neutronensterren. Vergelijken is een heel mooie methode om achter dingen te komen.

Heeft u zelf wel eens een euforisch gevoel gehad bij het bekijken van uw data?

Af en toe heb ik zo een dergelijk moment. Dat is de kick van het onderzoek doen. Als je gegevens binnenkrijgt zijn dat verse gegevens. De gegevens komen van een zwart gat op vijftigduizend lichtjaren afstand. Niemand heeft dat ooit gezien! Jij bent de eerste die naar de meetgegevens kijkt en het kan van alles zijn: het is helemaal vers. Het is een beetje de emotie van een ontdekkingsreiziger. Dat gevoel staat helemaal los van de natuurkunde, maar ik moet bekennen dat dit facet van mijn werk mij enorm aantrekt.
Als je vervolgens uit je meetgegevens inhoudelijk iets ontdekt dat nog nooit iemand gezien heeft, geeft dat een enorm lekker gevoel. Mijn ontdekking! Er ontstaat dan een enorme opwinding. In mijn carrière heb ik dat een paar keer meegemaakt. Op dat moment weet je ook dat als je er een artikel over publiceert, er een enorme toestand zal ontstaan binnen het vakgebied. Dat is natuurlijk buitengewoon leuk. Je krijgt waardering van mensen waarvan je het ook op prijs stelt dat ze je waarderen, omdat ze weten wat belangrijk is binnen je vakgebied.
Soms zit je te kijken naar dingen die je allang weet en waar je misschien al eerder over geschreven hebt. Opeens kunnen er dan puzzelstukjes in elkaar vallen. Je snapt hoe dingen met elkaar samen zouden kunnen hangen en wat dat dan betekent in termen van het fysische systeem dat je probeert te begrijpen. De kern van sterrenkundig onderzoek is het begrijpen van een systeem in het heelal in termen van natuurwetten. In de sterrenkunde is het een puzzel met veel ontbrekende stukjes, omdat je informatie van het systeem nogal beperkt is. Van een zwart gat op vijftigduizend lichtjaar afstand zijn er een heleboel dingen die je niet weet en maar een paar dingen die je wel weet. Je kunt er ook niet eens eventjes om heen lopen en kijken hoe het zwarte gat er vanuit een ander perspectief uitziet. Je hebt geen geometrische informatie, enkel de intensiteit van de elektromagnetische straling als functie van de energie en de tijd. Het is schaarse informatie en je probeert het allemaal aan elkaar te puzzelen.

Was u in uw jeugd ook al gefascineerd door de sterren en het heelal?

Ja, maar niet alleen door sterren. Er zijn wel meer wetenschappelijke onderwerpen waar ik een carrière aan had willen wijden, zoals bijvoorbeeld de moleculaire biologie. Dat is ook interessant. Maar sterrenkunde is ook schitterend. Je moet keuzes maken, ik had wel tien levens willen hebben, maar die heb ik niet.
Ik was echt een jongetje dat boekjes zat te lezen over het heelal. Ik was enorm gefascineerd over hoe het heelal in elkaar zat, waar komt dat dan allemaal vandaan: de Big Bang, de vorming van de elementen. Toen ik eenmaal achter het bestaan van zwarte gaten kwam en ruimte-tijd krommingen, ik was acht of elf jaar, was ik daar al enorm aan verslingerd. Maar ook aan andere natuurwetenschappelijke onderwerpen. Ik lees nog steeds veel over evolutiebiologie en moleculaire biologie. Dat is ook fascinerend. De werking en de psychologie van de mens is iets wat mij buitengewoon interesseert. De natuurwetenschappelijke benadering daar dan van, niet al dat vage geklets. Uiteindelijk is de mens een machine, en ik ben wel heel benieuwd hoe de machine in elkaar zit en wat dat betekent voor wat we zelf zijn.

Uiteindelijk is de mens een machine, en ik ben wel heel benieuwd hoe de machine in elkaar zit en wat dat betekent voor wat we zelf zijn.

Mijn moeder vertelde me een verhaal dat ik als klein jongetje op het strand was en dat er allemaal stenen op het strand lagen. Ik vroeg mijn moeder: hoe kan het nou dat die stenen hier op het strand liggen, terwijl stenen normaal gesproken zinken? Hoe kunnen de stenen dan aanspoelen? Mijn moeder wist daar natuurlijk ook het antwoord niet op. Ze probeerde me te overtuigen dat de zee zó zout is dat daardoor de stenen gaan stijgen. Thuis probeerde ik het meteen uit: ik nam een steen en een bak water en gooide er net zolang zout bij totdat die steen ging drijven! Dat gebeurde natuurlijk niet. Het zat er al vroeg in. Een wetenschappelijk soort benadering van de natuur heb ik kennelijk altijd gehad.

Is Nederland een goed land om sterrenkunde te studeren?

Nederland is echt een centrum voor sterrenkunde in de wereld. In absolute zin worden we alleen geklopt door de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk. Belangrijke posities in de sterrenkunde, directeuren van sterrenwachten bijvoorbeeld, worden vaak door Nederlanders bekleed. Nederland speelt een voorhoederol in de sterrenkunde en dat betekent dat je dus ook te maken hebt met de beste sterrenkundigen ter wereld.
Wat ook leuk is aan de sterrenkunde is dat het een heel internationale wetenschap is. Ik word vaak gevraagd een lezing te houden op een groot congres of om samen te werken met iemand op een andere universiteit. In januari was ik in Washington DC, om een lezing te houden bij het jaarlijkse congres van de American Astronomical Society ter gelegenheid van het tienjarig bestaan van een NASA satelliet. Een birthday party. In juli ga ik naar Beijing, in december naar Melbourne. Je komt overal.

De Spinozarede van Professor Michiel van der Klis is hier te vinden.

Het juryrapport van het NWO is hier te vinden.