Wetenschap

De baas van de Melkweg

‘Alsof de natuur doet wat jij zegt’

Amina Helmi’s proefschrift over het ontstaan van onze Melkweg was een doorbraak in de sterrenkunde. Sindsdien rees haar ster razendsnel. Vrijdag kreeg ze de belangrijkste wetenschappelijke prijs van Nederland: de Spinozapremie.
Door Tim Bakker / Foto’s Reyer Boxem ©RU

De schatkamer van Gaia

De lijst met doorbraken is sinds Helmi’s toetreding tot de Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen alleen maar langer geworden. Daarbij speelden de metingen van de Europese Gaia-satelliet die in april 2018 beschikbaar kwamen een sleutelrol.

‘Voor astronomen is er een tijdperk vóór Gaia en een tijdperk ná Gaia’, zei Helmi op de dag dat de ‘schatkist voor astronomen’ openging: de metingen die de Gaia-satelliet deed aan maar liefst 1,7 miljard sterren. Nog nooit was er zo’n enorme sprong geweest in de hoeveelheid data waarmee astronomen konden werken. Er waren gegevens over de positie en helderheid van 1,7 miljard sterren. Gegevens over afstand, beweging en kleur kwamen vrij voor 1,3 miljard.

Helmi gaf leiding aan de groep wetenschappers die de metingen moesten valideren, door er alvast ‘echte’ wetenschappelijke vragen aan te stellen. Ze ontdekte toen bijvoorbeeld dat sommige satellieten door de ruimte bewegen in paren. Space buddies, zogezegd. De helft beweegt zich in een soort samenhangend flow door het heelal.

In de maanden erna volgden snel nieuwe publicaties. Zo was er in september de ontdekking – gepubliceerd in Nature – dat onze Melkweg zo’n 500 miljoen jaar geleden een ‘trap’ kreeg toen dwergsterrenstelsel Sagittarius passeerde. Het gevolg: de sterren die aanvankelijk in een schijf draaiden, volgen nu ingewikkelde patronen die lijken op een slakkenhuis.

In oktober was er nog een publicatie in Nature. Deze keer hadden Helmi en haar collega’s ontdekt dat de oudste delen van de Melkweg mede zijn gevormd door een fusie met een ander sterrenstelsel, to’n tien miljard jaar geleden.

‘Alsof je over Mars rijdt’, herinnert Amina Helmi zich de tocht. Haar eindbestemming lag op 2.635 meter hoogte in de Atacamawoestijn in Chili, ver weg van de bewoonde wereld: de Very Large Telescope, kortweg VLT genoemd. Dit observatorium, een van de meest geavanceerde ter wereld, voorziet haar van data voor haar onderzoek naar de geschiedenis van onze Melkweg. Het contrast met de reis door het woestijnlandschap had nauwelijks groter kunnen zijn, als we grofweg 11.361 kilometer verderop in het geroezemoes van de Bernoulliborgkantine staan te wachten op de lift.

Onderweg naar de vijfde verdieping, waar de in 2008 gebouwde Blaauw Sterrenwacht het decor moet vormen voor de foto bij dit verhaal, doet ze een bekentenis. ‘Ik ben hier eigenlijk nog nooit binnen geweest.’ Dat klinkt vreemd voor een in Groningen werkzame sterrenkundige, maar voor haar onderzoek is zwaarder geschut nodig dan de beschikbare Gratama Telescoop.

Hoewel deze Groningse telescoop met een primaire spiegel van veertig centimeter doorsnee een van de grootste is in Nederland, valt hij in het niet bij de vier VLT-telescopen met elk een diameter van ruim 8 meter. Bovendien liggen lichtvervuiling, bewolking en beweging, de grootste vijanden van een astronoom, in Groningen altijd op de loer.

Niet dat voor Helmi van groot belang is, ze gebruikt zelden een telescoop. ‘Maar ik werk samen met mensen die dat wél doen. Zelf werk ik vooral met computermodellen, op basis van data van anderen.’ Dit wordt dus geen stereotypisch achtergrondverhaaltje van de sterrenkundige die ervan hield om naar de sterren te kijken, waarschuwt ze.

Zon en maan

Helmi groeide op in Argentinië, als kind van een Egyptische vader en een Nederlandse moeder. Ze hoorde voor het eerst over sterrenkunde zo’n 35 jaar geleden, in de laatste groep van de lagere school in Bahía Blanca. Daar vertelde de lerares dat planeten om de zon draaien en dat we altijd dezelfde kant van de maan zien. ‘Dat vond ik wel interessant en boeiend, maar ik was er niet de hele dag bezig mee bezig.’

‘Ik heb als kind nooit een telescoop gehad. En als op zaterdagmiddag het tv-programma Cosmos, met Carl Sagan, op tv was, ging ik liever spelen met vriendinnen. De beelden waren prachtig, maar dat was niet genoeg om mijn nieuwsgierigheid op te wekken. Maar wat ik wel bijzonder vond is dat je dingen die zo ver weg zijn, die je niet kunt aanraken, tóch kunt begrijpen. Dat je toch kunt snappen hoe het werkt. Ik vond het leuk om dingen te snappen.’

Ze was op de middelbare school goed in natuurkunde en wiskunde, en overwoog dat laatste zelfs te studeren. Uiteindelijk viel de keuze toch op sterrenkunde aan de universiteit in La Plata, de dichtstbijzijnde van de twee universiteiten waar ze dat kon studeren. ‘Die keuze had toch te maken met de magie van de grootte van het heelal. Daar is zoveel te vinden, zoveel geheimen die nog niemand eerder ontdekt heeft. En toch gedraagt alles zich volgens dezelfde natuurwetten als hier op aarde gelden.’ Alleen de studie afronden was niet voldoende, ze wilde meer leren. Van de Melkweg én van de wereld.

Promotieonderzoek

Helmi kreeg de kans deze wensen tegelijk te vervullen, door haar promotieonderzoek te doen aan de universiteit van Leiden. ‘Dat was eerst nog niet makkelijk, want het was niet zo gewoon om studenten van buiten Europa als AIO te hebben.’ Desondanks werd ze aangenomen, en dankzij een Amelia Earhart-beurs van tienduizend dollar kon ze naar Nederland. Hier moest ze eerst nog wel een kleine taalbarrière slechten. ‘Omdat mijn moeder Nederlands is, begreep ik de taal al wel, maar echt spreken vond ik nog moeilijk.’

In haar proefschrift onderzocht Helmi de heersende aanname dat grotere sterrenstelsels als de onze mede gevormd zijn door het botsen en samensmelten van kleinere, oude stelsels. Bewijs daarvoor was echter nog nooit geleverd. Ze redeneerde dat als dit inderdaad het geval was, daar sporen van waarneembaar moesten zijn in de vorm van groepjes sterren uit deze oude stelsels die nog steeds samen als klont door onze Melkweg bewegen.

Helmi ging op zoek naar die klonten sterfossielen… en vond ze! Hiermee bewees ze wat men tot op heden alleen maar had kunnen aannemen. Haar onderzoek ging de hele wereld over, en leverde Helmi verschillende prijzen op. Het bewijs dat de Melkweg inderdaad gedeeltelijk is opgebouwd uit gebotste en samengesmolten oudere sterrenstelsels is namelijk niet alleen een nieuwe stap in het onderzoek naar de geschiedenis van onze Melkweg, maar daarmee ook naar die van andere sterrenstelsels in het heelal.

Evenwicht

Het is alweer 20 jaar geleden dat Helmi naar Nederland kwam, en in die tijd is er veel gebeurd. Inmiddels spreekt ze vloeiend Nederlands en is ze gelukkig samen met haar zoon Manuel (11) en haar hond Sandy. Hoewel Manuel zijn moeders technisch inzicht heeft geërfd, wil hij, ‘gelukkig’, geen sterrenkundige worden. ‘Dat zou teveel sterrenkunde in één huis zijn. Ik ben al veel met mijn werk bezig, Manuel zorgt voor evenwicht in mijn leven.’

Een van Helmi’s projecten was haar betrokkenheid bij het ontwerp van Gaia, de nieuwste satelliet van European Space Agency (ESA) die in 2013 werd gelanceerd. De satelliet meet de ligging van een miljard sterren in onze Melkweg. Ter vergelijking: de ESA-satelliet Hipparcos, de voorganger van Gaia die Helmi in 1997 van data voor haar promotieonderzoek voorzag, bracht ‘slechts’ honderdduizend sterren in kaart en was veel minder nauwkeurig. Geen wonder dat Helmi samen met de hele astronomiegemeenschap in spanning wachtte op de eerste resultaten, in september 2016.

Het is een klein wereldje, zegt Helmi. ‘Het is redelijk makkelijk om bijna iedereen te kennen. Mensen gaan goed met elkaar om en zijn ook heel gepassioneerd, dat maakt het zo leuk!’ Dat neemt niet weg dat er ook keiharde concurrentie bestaat tussen astronomen. Vanaf het moment dat de Gaia-data openbaar werden gemaakt, was het dus ook ieder voor zich. En met zoveel data is dat geen sinecure.

Een doos bonbons

‘Ik vergelijk het ook wel met een doos bonbons. Er is zoveel te kiezen! Maar als je alle vragen tegelijk wil beantwoorden, de hele doos bonbons probeert op te eten, word je misselijk. Dat lukt gewoon niet. Je krijgt geen mooie visuele simulatie van het heelal, maar een databestand met een miljard rijen en honderd kolommen. Je moet je dus richten op een specifieke vraag, en die proberen te beantwoorden.’

Desondanks was ze met haar team alsnog anderhalve maand bijna dag en nacht bezig met het verwerken ervan. De nieuwe data bevestigen Helmi’s bevindingen en brengen nog veel meer spookrijdende sterren uit andere stelsels aan het licht, zoals in het filmpje hieronder te zien is. Maar tijd om bij te komen is er niet. Er is nog zoveel meer informatie om te verwerken, en in april 2018 komt Gaia alweer met nieuwe resultaten.

Ze had als kind geen telescoop, en ook nu gebruikt ze die zelden. Maar als hoogleraar aan het Kapteyn Astronomical Institute van de Faculty of Science and Engineering (de voormalige faculteit wis- en natuurkunde) blijft Helmi de geschiedenis van onze Melkweg onderzoeken. Voor haar verdiensten werd ze vorige maand benoemd tot lid van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW), een prestigieus genootschap van excellente wetenschappers.

De lijst met prijzen, onderzoeksbeurzen en lofuitingen is lang. In 2013 werd er zelfs een planetoïde naar haar vernoemd. Toch is er één moment uit haar nog redelijk jonge maar imposante academische carrière dat haar altijd bij zal blijven: haar proefschrift. ‘Dat moment dat mijn voorspellingen klopten…’, zucht ze. ‘Dat gaf zo’n enorme kick! Alsof de natuur doet wat jij zegt dat hij moet doen. Alsof je het écht snapt.’

(Dit portret van Amina Helmi werd eerder gepubliceerd op 21 juni 2017 en is voor de gelegenheid geactualiseerd)

English