Categorie archief: Blog

Het zwarte gat recht in de ogen kijken

Nijmeegs hoogleraar Heino Falcke kreeg dit jaar een Spinozaprijs van 2,5 miljoen euro voor zijn onderzoek naar zwarte gaten. Maandag 7 november gaf hij voor een bomvolle zaal in de bètafaculteit van de Radboud Universiteit een presentatie over zijn onderzoek.

Onvoorstelbaar veel massa

Falcke begint te vertellen over de jaren ’60. Sterrenkundigen ontdekken aan de hemel kleine bronnen van zeer sterke radiostraling, zogenoemde quasars (quasi-stellar radio sources). In eerste instantie weet niemand hoe het kan dat er zo veel straling in zo’n klein gebied ontstaat.

Pas begin jaren ’80 komen wetenschappers met de mogelijke oplossing: super zware zwarte gaten. Met massa’s rond de 100 miljoen keer de massa van de zon zouden zij verantwoordelijk kunnen zijn voor de intense straling die wordt gemeten in quasars. Om dat te begrijpen moeten we eerst even in de schoolbanken bij Albert Einstein.

Deuk in de ruimtetijd

Einstein onthulde in zijn algemene relativiteitstheorie uit 1916 dat zware objecten de ‘ruimtetijd’ vervormen waardoor alle andere objecten met massa worden beïnvloed. Hij stelde zich dat voor als een ‘deuk’ in de normaal gesproken vlakke ruimtetijd-structuur. Alle materie in de buurt wordt beïnvloed door deze ruimtetijd-deuk. Iets wat we ervaren als zwaartekracht.

Een zwart gat maar ook lichtere objecten zoals een planeet vervormen de ‘ruimtetijd’. Andere objecten met massa (bijvoorbeeld de maan en wijzelf) worden door deze vervorming beïnvloed.
Credit: Johnstone, Wikipedia

Als een rollende knikker

Extreem zware zwarte gaten vervormen de ruimtetijd ook, alleen is de vervorming hier sterker dan waar ook in het universum. Materie en zelfs licht die normaal gesproken langs het zwarte gat zouden reizen vallen plots in deze ‘diepe deuk’ om er nooit meer uit te komen.

Net als een knikker die een kegel inrolt kan materie bij een zwart gat, bijvoorbeeld waterstofgas afkomstig uit een nevel, heel lang rondom zo’n zwart gat blijven cirkelen voordat het er definitief invalt. Daarbij geldt dat hoe kleiner de baan rondom het zwarte gat wordt hoe sneller de materie cirkelt. Bij een zwart gat benadert materie aan de binnenkant zelfs de lichtsnelheid.

Je kunt je voorstellen dat zo’n gewelddadige gebeurtenis nogal wat doet met het gas. Ten eerste moet het beangstigend zijn om in een zwart gat te vallen, maar ten tweede warmt het gas op. Uiteindelijk gaat het daarom stralen. En dat brengt ons bij de sterke radiobronnen die in de jaren ’60 werden ontdekt. De straling die we meten kan afkomstig zijn van materie die met (bijna) de lichtsnelheid rondom een zwart gat raast.

De Rosettenevel is een wolk onder andere waterstofgas in de Melkweg. Als dit gas door een zwart gat ‘opgegeten’ zou worden, zendt het net voordat het verslonden wordt een sterke straling uit.
Credit: T.A. Rector, B. Wolpa, M. Hanna (AURA/NOAO/NSF)

Dicht bij huis

Nu willen wetenschappers dat natuurlijk met eigen ogen zien. En daar hoeven ze niet eens zo ver voor de kosmos in te turen. Er zit een zwart gat in ons eigen Melkwegstelsel. Althans, dat vermoeden we. Sagittarius A* is de naam en hij zou zich op een afstand van 26.000 lichtjaar van ons schuilhouden, precies in het hart van de Melkweg.

Bewijzen voor Sagittarius A*

Een zwart gat kun je nooit direct zien, licht zal er alleen maar in verdwijnen. Maar ondanks dat zijn er sterke aanwijzingen voor zo’n superzwaar zwart gat in onze eigen kosmische achtertuin. Falcke legt uit dat er een compacte radiobron waar te nemen is in het hart van de Melkweg. Bovendien komt het spectrum van deze bron overeen met verre quasars waar men het bestaan van zwarte gaten ook vermoedt.

Astronomen besloten in de jaren ’90 nog een test te doen. Ze hielden de bewegingen van de sterren in de regio van Sagitarrius in de gaten. En wat bleek? Ze bewogen zich met enorme snelheden door sterk gebogen banen. Een uitstekende verklaring daarvoor kan de aanwezigheid van een extreem zwaar object zijn, van in dit geval zo’n 4 miljoen zonsmassa’s. En dat is de typische massa van een zwart gat.

Sterren in een klein gebied in het hart van de Melkweg bewegen zich raar. Ze hebben een hoge snelheid en bovendien sterk gekromde banen. De verklaring hiervoor kan een (vooralsnog onzichtbaar) zwart gat zijn.
Credit: VLT

Sagittarius recht in de ogen kijken

Falcke vertelt dat hij nu gaat proberen het zwarte gat veel directer zichtbaar te maken. Als je naar de hoog frequente straling uit dat gebied gaat kijken zou je een zwarte cirkel moeten kunnen observeren. Die ontstaat omdat het zwarte gat die straling uit de omringende nevel opslokt.

Sagittarius zichtbaar maken is wat Falcke de komende jaren gaat proberen met ALMA (Atacama Large Millimeter Array), een enorme radiotelescoop die momenteel op een hoogvlakte in Chili wordt gebouwd.

ALMA-telescoop in ChiliOp hoogte van meer dan 5000 meter worden in Chili 66 radioschotels neergezet die samen ALMA (Atacama Large Millimeter Array) gaan vormen. Falcke gaat deze telescoop gebruiken om het vermeende zwarte gat in het hart van ons Melkwegstelsel zichtbaar te maken.
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / L. Calçada (ESO)

Door deze grote telescoop op het tot nu toe voor ons verscholen hart van het Melkwegstelsel te richten zouden we het zwarte monster dat daar wellicht huist recht in de ogen moeten kunnen kijken.

Blijf maar lekker werken

Woensdag pak ik mijn spullen. Het is genoeg geweest. Ik heb het gehad met het tikken van stukjes, me verdiepen in moeilijke wetenschappelijk materie en het interviewen van wetenschappers. Mijn hersenen hebben rust nodig, ik ga op vakantie. Maar is dat wel zo slim?

Volgens dit onderzoek kost het je brein veel energie om gedachten te stoppen. Waarom? Om gedachten (het ‘vuren’ van hersencellen) een halt toe te roepen heeft je brein inhiberende cellen. Ze gebruiken het hormoon GABA (Gamma-aminoboterzuur) om de verbindingen tussen de hersencellen te verzwakken en hersenactiviteit lokaal af te remmen. Er is trouwens ook een stof om de boel weer aan te zwengelen: glutamaat.

Nu zou het een zooitje worden in het brein als deze stoffen zich zouden opstapelen en daarom heb je schoonmakers in de bovenkamer: astrocyten. Stervormige hersencellen die het overtollige GABA en glutamaat opruimen en recyclen. De wetenschappers kwamen er met een wiskundig model achter dat ze hiervoor grote hoeveelheden zuurstof (en dus energie) verbruiken. “Misschien is het daarom wel zo vermoeiend om te relaxen en te proberen over niets na te denken,” liet Daniele Calvetti van het onderzoeksteam van Case Western Reserve University promt weten.

PhysOrg.com kopt in het bewuste artikel dat dit wel eens de reden zou kunnen zijn dat het voor mensen vaak moeilijk is hun werk los te laten op vakantie. Het bewijs hiervoor lijkt mij flinterdun, maar voor het geval dat de wetenschappers toch gelijk hebben kan ik me vanaf woensdag nog altijd suf denken over het op tijd pakken van mijn tas, het niks vergeten mee te nemen, het vinden van de juiste afslag op de route du soleil en het opzetten van de tent. Fijne vakantie!

Slecht-nieuws-reclame

Donderdag werden we overstelpt met slecht nieuws. Niet alleen stond de wereld op het punt te vergaan (ik heb er vandaag nog weinig van gemerkt…) maar bovendien neemt het aantal gevallen van huidkanker schrikbarend toe. Dat laatste was all over the news. Maar waarom?

Niet alleen nu.nl wist het groot te vermelden op de voorpagina, maar ook Trouw, de Volkskrant en EenVandaag meldden het. Van 20.000 gevallen in 2000 naar en geschatte 37.000 gevallen in 2015! Doktoren spreken van een ware epidemie volgens de berichten. Inderdaad, dit is een grote stijging. Maar waarom komt dit nu in het nieuws en wat zijn de oorzaken?

De berichten bieden ons nauwelijks houvast. Daar wordt enkel met de bovenstaande getallen geschermd en wordt ook nog even vermeld dat de ziekenhuizen vandaag een open dag houden om voorlichting te geven over huidkanker.
Aha! Vraag één beantwoord. Dit is de reden dat het nu in het nieuws komt. Want dit is helemaal geen nieuws. Het is al lang bekend dat het aantal gevallen van huidkanker elk jaar toeneemt. Simpel google-werk levert dokter.nl op, waar exact dezelfde getallen al bijna een jaar geleden werden genoemd. En wie het CBS in gaten houdt, kon al heel lang tot de conclusie komen dat huidkanker aan een opmars bezig is.
Maar omdat de ziekenhuizen vandaag een bescherm-je-huid-dag houden is het vanuit PR-technische redenen handig om halverwege de week dit vervelende nieuws te recyclen om het publiek warm te maken voor de open dag. Neem een paar termen uit die campagne: “Epidemie, toekomstige overvolle wachtkamers en verdubbeling van aantal kwaadaardig moedervlekken.” Campagne geslaagd lijkt mij.

Toch blijf ik met de vraag zitten waarom huidkanker zo’n groei doormaakt. Volgens EenVandaag moeten we de hand in eigen boezem steken. Sinds de jaren ’60 hebben we meer tijd om in de zon te liggen en doen we dat dan ook massaal. Het onbeschermd bakken zou inderdaad een goede verklaring kunnen zijn. UV-straling maakt je DNA kapot en dan liggen (kwaadaardige) gezwellen op de loer.
Maar ik heb juist de indruk dat we ons steeds beter beschermen tegen de zon. Waar ik het als jongetje met factor 4 moest doen, kijken je mede-zonnebaders je nu al raar aan als je met minder dan factor 30 aan komt zetten. Ook is iedereen zich – door dit soort campagnes – steeds bewuster van het feit dat de zon ook een kwade kant heeft. In het filmpje van EenVandaag is zelfs een arts die pleit voor schaduw in speeltuinen! Als dat niet het toppunt is van bescherming tegen de zon…

Een collega wijst me op het feit dat de cruciale huidschade door de zon al vroeg geleden kan zijn. Als kind veel onbeschermde zonuren zouden je later kunnen opbreken. En zouden dat misschien niet net de kinderen uit de onbeschermde jaren ’60 kunnen zijn? Als ik de getallen van het CBS nog eens bekijk, dan zie ik dat het aantal sterfgevallen aan huidkanker sterker toeneemt bij 50-plussers, dan in de leeftijdscategorieën daaronder. Dat waren de mensen die toen al veel buiten waren. Toeval of niet?

Een andere geopperde verklaring zou zijn dat de artsen veel sneller de diagnose huidkanker stellen. Het zal niet de eerste keer zijn dat door een betere screening een ziekte ‘explosief toeneemt’. En dan heb ik het nog niet eens over de vergrijzing gehad.

Er zijn dus verschillend redenen te bedenken waarom huidkanker toeneemt. Wat de werkelijk reden is weet ik ook niet, maar ik had ze wel graag ter overweging in de berichtgeving gezien. Als alle artsen het advies van de dermatoloog in het EenVandaag-filmpje voor nog betere screening opvolgen dan voorspel ik over een jaar nog slechter nieuws!

Ctrl+c Ctrl+v

Afgelopen maand schreef ik een stukje op de website van de Radboud Universiteit. Over de veranderingen die de studie Natuurwetenschappen te wachten staan. Bachelor Natuurwetenschappen op de schop, tikte ik.

Nu vroeg een vriendin mij kort daarna: “Hey Roel, heb jij dit geschreven?” Bachelor Natuurwetenschappen flink aangepast, schreef De Gelderlander. Nouja, schreef De Gelderlander… Ze hebben er nog onder kunnen tikken: Gelderlander 2011, op dit artikel rust copyright, maar voor de rest is dit een behoorlijk staaltje copy-paste-werk.

Ok, ze hebben de belangrijkste zinnen uitgekozen en die achter elkaar gezet. En er was zelfs nog wat tijd over om de zinnen iets aan te passen. Het doet mij denken aan de middelbare school, waar werkstukken als warme broodjes werden verhandeld onder de scholieren. Vaak vroeg de copyright-hebbende dan: ‘Pas je het nog wel even wat aan? Anders komt de leraar er misschien achter!’

Het is mooi als je nieuws wordt opgepikt door andere media. Maar neem dan in ieder geval de tijd om er iets fatsoenlijks van te maken. Zes gekopieerde zinnen die een onsamenhangend en ongenuanceerd beeld neerzetten is wat mij betreft geen krantwaardig nieuws…

Gaatjes voor de wetenschap

Je zit wat krap bij kas. Is het dan geen goed idee om de wetenschap een handje te helpen en als proefpersoon meteen wat cash binnen te harken?
Dat dacht ik dus een paar weken geleden. Ik kreeg een mail waarin me werd gevraagd mee te doen aan een EEG-experiment. 1500 Proefpersonen zouden er uiteindelijk meedoen aan dit onderzoek, en daar zou ik er één van worden.

Een paar jaar geleden had ik al mee heb gedaan aan experimenten van het FC Donders Instituut in Nijmegen. Ik heb toen zelfs mijn DNA afgegeven – ik moest even in een potje spugen – zodat de wetenschapper in kwestie mijn genenpakket konden koppelen aan mijn prestaties in de experimenten. Sindsdien ben ik blijkbaar gewild proefpersoon en word ik regelmatig bestookt met mails of ik nog eens mee wil doen. Een aantal uitnodigingen genegeerd dacht ik opeens, ach waarom ook niet. Je bent van de straat, verdient een beetje en help de wetenschap een stapje vooruit. De afspraak stond.

Ik wist ongeveer wat me te wachten stond. Bij EEG (elektro-encefalografie) worden er een aantal elektroden op je hoofd geplaatst die de hersenactiviteit direct onder de hersenpan meten. Kort door de bocht gaat dat zo: hersencellen oftewel neuronen communiceren met elkaar door middel van kleine stroompjes. Die elektriciteit loopt door verbindingen die elk neuron met andere in de buurt liggende neuronen heeft. Als er in een hersengebied veel activiteit is betekent dat dus ook dat daar veel stroompjes lopen. En al die elektriciteit bij elkaar veroorzaakt weer een elektrisch veld, dat tot op kleine afstanden te meten is. En dat is precies wat er gebeurt in een EEG-experiment.

‘Een EEG-experiment levert een verwaarloosbaar risico voor de proefpersoon’, stond  er te lezen op de website van het instituut. Bovendien is het een ‘niet invasieve procedure’, aldus de site. Zelfverzekerd liep ik het gebouw binnen. Tien minuten laten zat ik in een hokje zonder ramen met een computerscherm voor me.
Ik kreeg een tamelijk onmodieuze muts op (zie de foto hieronder) en ik was er bijna klaar voor. Voor me op het scherm verscheen een flink aantal donkerrode puntjes. ‘Dat zijn alle elektroden die nog geen goed contact met je hoofd maken’, liet de onderzoekster mij weten. ‘Om daar iets aan te doen moet ik je hoofd een beetje scrubben.’ Ok, scrubben… Scrub maar raak dacht ik, wat kan mij mis gaan? Er was mij immers belooft dat er niet-invasief te werk zou worden gegaan. Niets zou in mij snijden, boren of binnendringen.
De assistent ging echter niet zo zachthandig te werk. Bij elke elektrode kreeg ik een dot geleidende en vooral schurende gel op m’n hoofd. Door de elektrode met de schuurgel heen en weer te bewegen zag ik het desbetreffende puntje op het scherm groen worden, dat betekende dat de weerstand daar dus optimaal was geworden. Helaas ging dit vergezeld met een scherpe pijn op m’n hoofd. In het begin denk je, ach, kom op. Stel je niet zo aan, dat schuren doet niet zo heel veel pijn. Maar na het systematisch afwerken van alle 64 elektroden in de muts had ik er toch schoongenoeg van. Zeker wanneer het scrubben nog een keer over moest bij tegensputterende elektrodes.

Uiteindelijk was elk puntje op het scherm groen en heb ik het ruim twee uur durende computer-experiment met verve doorstaan. Daarna mocht ik mijn haren was, en kon ik de nu toch wel zuurverdiende 30 euro in Irischeques innen. Na het tevergeefs vragen of ik mijn loon ook niet gewoon in keiharde euro’s kon krijgen verliet ik de faculteit enigszins beteuterd.
Tot overmaat van ramp moest ik thuis in de spiegel constateren dat de rode puntjes op het scherm waren omgeruild voor rode gaatjes in mijn voorhoofd. Ik heb in de weken daarna nog regelmatig korstjes uit mijn haardos gewassen. Een tip voor vervolgonderzoek: misschien moet het FC Donders Instituut de term non-invasief nog eens bestuderen, want dit onderzoek bleek verre van.

De Irischeques liggen nog op mijn bureau. Te wachten tot ik eindelijk naar een winkel ga waar ze worden geaccepteerd. En terwijl ik ze nu aanstaar denk ik aan de 1499 andere proefpersonen 95936 gaatjes die zij zullen gaan oplopen voor de wetenschap.