Sterren tellen in de Melkweg

Op 1,5 miljoen kilometer van de aarde is het rustig. Daar, op ongeveer vier keer de afstand tot de maan – om het zogenoemde tweede Lagrangepunt – beweegt sinds vorig jaar heel stilletjes de Gaia-satelliet. De missie: de grootste inventarisatie ooit van sterren in de reusachtige Melkweg maken, die naar schatting honderden miljarden sterren bevat. Gaia gaat er daarvan ruim een miljard spotten, en bepaalt daarbij onder andere de afstand, de beweging, de helderheid en het soort licht dat ze uitstralen.

Vorige maand kwamen ongeveer 200 leden van het in totaal 450 mensen tellende Gaia-consortium bij elkaar in Leiden. Zelfs in het internettijdperk is het nuttig om elkaar écht in de ogen te kijken en problemen te bespreken, aldus Anthony Brown, astronoom aan de Universiteit Leiden en voorzitter van het wetenschappelijk consortium van Gaia. Hij kijkt tevreden terug op die week én op de huidige prestaties van de satelliet. “Gaia heeft nu een half jaar data verzameld zonder een enkele ingreep van ons”, zegt hij aan de telefoon. Dat na de allerminst vlekkeloze start van de missie die in december 2013 werd gelanceerd.

Strooilicht en ijs

De rust en kalmte waarmee Brown praat weerspiegelen het vertrouwen in Gaia’s missie. Alles is nu onder controle, zegt hij. Een jaar geleden was dat nog anders, toen zaten betrokken astronomen nog met de handen in het haar. De 740 miljoen euro kostende ruimtemissie – het belangrijkste wetenschappelijke project van ruimtevaartorganisatie ESA op het moment – werd geplaagd door problemen.

Ten eerste bleek er strooilicht in de satelliet terecht te komen: licht dat niet wordt tegengehouden door het enorme zonnescherm en dat metingen van de gevoelige telescopen stoort. “We weten inmiddels dat dit afkomstig is van zonlicht dat door vezels wordt verstrooid die uit de rand van het zonnescherm steken”, zegt Brown. Helaas is er aan dat strooilicht zelf weinig meer te doen. Wel wordt via software-aanpassingen geprobeerd het probleem te onderdrukken. “Op het bepalen van de afstanden en snelheden van sterren heeft het overigens weinig invloed, wel op het bepalen van het spectrum van zwakke sterren”, zegt hij.

Bakken met data

Gaia stuurt een enorme hoeveelheid data terug naar grote schotels op de aarde. Ter vergelijking, de ruimtesonde New Horizons, die afgelopen juli een scheervlucht langs dwergplaneet Pluto maakte, is na een half jaar nog steeds niet klaar met het naar de aarde sturen van de 8 gigabyte aan foto’s en metingen. De veel nabijere Gaia-satelliet levert elke dag wel 50 gigabyte aan data op.

Maar als die data binnen is, dan begint het werk eigenlijk pas. De miljarden foto’s die Gaia van sterren maakt (meerdere van iedere ster over en periode van vijf jaar) vormen een grote puzzel die aan elkaar geplakt moet worden. “Het is eigenlijk een netwerk van hoeken”, zegt Brown. En dat vergt veel computerkracht, verdeeld over negen Europese verwerkingscentra die ieder een deel van de taak op zich nemen.

Hij denkt aan het ontcijferen van de ontstaansgeschiedenis van de Melkweg, die besloten ligt in de bewegingen van sterren. Of het via sterlicht opsporen van grote gaswolken – de bouwstenen van sterren en planeten – en de verdeling van donkere materie. “Van dit soort fundamentele data hebben we eigenlijk nog maar erg weinig”, zegt Brown.

Gaia breidt het aantal afstandsbepalingen tot sterren enorm uit, van de huidige 50.000 naar zo’n 10 miljoen sterren waarvan de afstand tot binnen een procent marge bekend is. Van 100 miljoen sterren hebben we straks de afstand met een onzekerheid van maximaal 10 procent. Verder gaat de satelliet spectra van sterren meten. “Dat doen we voor alle sterren, maar de precisie is afhankelijk van de helderheid. Bij tientallen miljoenen sterren zullen we in staat zijn om via absorptielijnen de chemische samenstelling te bepalen”, zegt Brown.

Welke wetenschappers dat gaan doen? Dat kunnen astronomen van over de hele wereld zijn. “Bij de voorganger van Gaia, Hipparcos die in 1989 werd gelanceerd, is er helemaal tot het einde gewacht met het vrijgeven van de data. Eerst gingen de direct betrokken wetenschappers met de data aan de slag”, zegt Brown.

“Nu is dat anders,” vervolgt hij, “van tevoren hebben we besloten al zo snel mogelijk data open te stellen. Zo is de verwachting dat we volgend jaar al een catalogus kunnen vrijgeven waarin de posities en helderheden van een miljard sterren staan. Van twee miljoen sterren hebben we dan al de afstand en de snelheid. Daar kan iedereen mee aan de slag, van Europa tot aan Japan.”