Thema
Buitenaards

Mijn job als... sterrenkundige

 

Hoe kunnen we onze observaties van sterrenwinden omzetten in 3D-modellen, zonder de waarheid geweld aan te doen? Over die vraag buigt postdoctoraal onderzoeker Frederik De Ceuster (KU Leuven) zich. Een gesprek over ATOMIUM, nieuw leven in de ruimte, René Magritte en de creativiteit van pure wiskunde.

 

Dag Frederik, hoe is het weer vandaag in de ruimte?

“Dat kan ik niet precies zeggen, maar er zal wel wat wind zijn. Sterrenwinden, bedoel ik dan. (lacht) Die ontstaan wanneer sterren met een lage tot middelgrote massa, pakweg 0,8 tot 8 keer de massa van onze zon, aan het einde van hun leven sterk uitzetten. Daarbij werpen ze hun buitenste lagen af in een sterrenwind die naar buiten is gericht. Met mijn onderzoek wil ik onze observaties van die winden omzetten naar 3D-modellen.”

Wat kunnen die sterrenwinden ons leren?

“Sterrenwinden zijn een van de weinige plaatsen in ons universum waar interessante chemische reacties kunnen gebeuren. Het is er niet te ijl, dus er zijn elementen om te reageren, en niet te warm, dus de verbindingen die zich vormen gaan niet onmiddellijk stuk. We schatten dat zo’n 80% van al het gas en 30% van al het stof in het universum daar wordt gevormd. Sterrenwinden produceren zo een belangrijk deel van de bouwstenen voor volgende generaties van sterren, planeten, en misschien zelfs voor leven op die planeten.”

“Om beter te begrijpen wat er zich precies afspeelt in sterrenwinden, maken we gedetailleerde modellen die tonen hoe een ster er wellicht uitziet. Die toetsen we dan aan onze observaties, en schaven we bij tot we een model hebben dat lijkt te kloppen. Naarmate we meer gedetailleerde observaties krijgen, zetten we de bijbehorende modellen verder op punt.”

Zullen we dan ooit perfecte modellen hebben van elke sterrenwind in ons heelal?

“Dat hopen we, maar we zijn er nog lang niet. In 2020 slaagde het internationale samenwerkingsverband ATOMIUM erin om uitzonderlijk gedetailleerde observaties te maken van een tiental bekende sterren en hun winden. Daaruit bleek nogmaals hoe complex de 3D-structuren van die winden zijn, en met hoeveel factoren we rekening moeten houden als we modellen opstellen en bijsturen.”

“Die modellen maken we in 3D, maar dat doen we op basis van 2D-observaties. We missen in dat proces dus heel wat informatie. Tijdens mijn doctoraat heb ik software ontwikkeld die ons toont hoe 3D-modellen er in werkelijkheid zouden uitzien. We mogen echter niet vergeten dat modellen slechts een ruwe benadering kunnen zijn van de werkelijkheid. Daarom hebben we de software Magritte genoemd, naar de Belgische surrealistische schilder. We moeten altijd in het achterhoofd houden: ‘Ceci n’est pas une étoile’.”

“De huidige methode vraagt enorm veel rekenkracht en -tijd, omdat je voortdurend aanpassingen maakt aan het model, tot het overeenkomt met de observaties. We verkennen nu een omgekeerde aanpak, waarbij we onze observaties onmiddellijk in een model omzetten. Ons sleutelingrediënt daarbij zijn probabilistische numerieke modellen. We zoeken niet langer naar het énige mogelijke model, maar krijgen een kansverdeling over álle modellen die mogelijk zijn op basis van onze input.”

We mogen niet vergeten dat onze modellen slechts een ruwe benadering zijn van de werkelijkheid: ‘Ceci n’est pas une étoile’
Frederik De Ceuster
KU Leuven

Breng je jouw dagen dan vooral door achter een computerscherm?

“Een groot deel van mijn dag spendeer ik inderdaad aan mijn bureau. We krijgen veel feedback binnen op de software die nu al online beschikbaar is, die we steeds onderhouden en optimaliseren. Uiteindelijk willen we goede modellen opstellen voor ATOMIUM, maar ook daarnaast zoeken we zoveel mogelijk observaties. Hoe meer nieuwe prototypes we testen, hoe sneller we ontdekken wat wel en niet werkt. Gelukkig heb ik de kans om een aantal doctoraatsstudenten bij het onderzoek te betrekken. Veel veldwerk zit er voor mij verder niet in, al zou ik geen ‘nee’ zeggen mocht ik naar de ALMA-telescoop in de Atacama-woestijn in Chili mogen gaan.” (lacht)

De toepassingen van je werk zijn voorlopig vooral toegespitst op de sterrenkunde, zeg je. Welke toepassingen zie je nog?

“In zijn simpelste vorm wil mijn onderzoek met weinig observaties toch een heel duidelijk beeld vormen van sterrenwinden en andere fenomenen. Daarvoor maken we onder andere gebruik van wavelets, die toelaten om data heel compact op te slaan, zonder analysemogelijkheden te verliezen. Die techniek wordt nu al gebruikt om foto’s als jpeg-bestanden op te slaan. Voor onze probabilistische wavelet-methode zie ik op termijn zeker mogelijkheden in de medische beeldvorming.”

“Binnen de sterrenkunde hopen we dat we met zo’n probabilistisch model nieuwe, grotere, en complexere moleculen zullen ontdekken. Daarmee kunnen we de chemische rijkdom van het universum beter begrijpen. Op termijn geven we zo (misschien) zelfs de aanzet tot de indirecte ontdekking van buitenaards leven!”

Dat klinkt als iets waar veel kinderen van dromen. Wilde je altijd al wetenschapper worden?

“Ik wilde in elk geval problemen oplossen en iets maken. Dat creatieve aspect vind ik net zo leuk aan mijn werk. Neem Ingrid Daubechies, een Belgische natuurkundige die er met een paar witte bladen papier en wat mooie wiskunde in is geslaagd om het principe van de wavelets uit te denken. En daardoor delen we nu allemaal foto’s in jpeg-formaat met elkaar. De getalletjes vind ik verschrikkelijk, maar de verbanden, eenvoud en kracht van goeie wiskunde zijn toch prachtig?”

“Wetenschappers onderschatten vaak hoeveel waarde ze in de bedrijfswereld hebben, maar veel collega’s doen het daar heel goed. Misschien was dat dus een optie geweest? Daarnaast heb ik jarenlang piano gespeeld, dus in de muziek zou ik die creativiteit ook gevonden hebben. Met een paar collega’s willen we nu een bandje vormen. Alleen vinden we de tijd niet om te oefenen. Tja, als de wetenschap roept…”