Ga verder na de inhoud
Er staat muziek in de sterren geschreven
Onderzoek

Er staat muziek in de sterren geschreven

Asteroseismologe Katrien Kolenberg kijkt niet alleen naar de sterren maar luistert er ook naar.

7 minuten
29 januari 2021

Het cliché-beeld van een astrofysica? Iemand die ganse nachten door een telescoop naar de sterrenhemel tuurt. Die momenten in het Sphinxobservatorium op de Zwitserse Jungfraujoch en in de Atacamawoestijn in Chili vormen inderdaad hoogtepunten in de carrière van professor in de sterrenkunde, dr. Katrien Kolenberg. Zelf kijkt ze echter niet alleen naar de sterren, ze luistert er ook naar: ‘sterren zingen immers hun eigen lied.’

De muziek van de sterren bestuderen, is een relatief jonge discipline in de astrofysica. De basis ervan werd zo’n honderd jaar geleden gelegd. Al eeuwenlang heeft de mens in de gaten dat sommige sterren nu eens heel helder aan het firmament schijnen om vervolgens weer aan helderheid te verliezen. ‘Zo zijn er sterren die op een paar dagen tijd zo’n drie keer helderder worden,’ aldus de astrofysica. ‘Vroeger dacht men dat die veranderingen in helderheid veroorzaakt werden door eclipsen van dubbelsterren (i.e. wanneer het ene hemellichaam voor het andere schuift). Een eeuw geleden ontdekte men echter dat zulke variaties ook voortkomen uit de trillingen van de sterren zelf.’

Knipperlichtjes

Al die twinkelende sterren aan de hemel, zijn dat dan de sterren die muziek maken? ‘Nee, dat is een optisch effect, veroorzaakt door bewegende luchtbellen in onze atmosfeer die het licht verstrooien,’ zegt Kolenberg. ‘Het pulseren van de sterren verloopt veel langzamer dan dat gefonkel. De duur van één samentrekking varieert van enkele minuten tot jaren of zelfs langer.’ Wil je die pulsaties dus in kaart te brengen, moet je de helderheid van een ster gaan opmeten doorheen de tijd.

Waar die waarnemingen vroeger met het blote oog of met telescopen op aarde gebeurden, bestudeert professor Kolenberg het licht van de sterren tegenwoordig voornamelijk via beelden die ze ontvangt vanuit de ruimte, van de NASA-ruimtetelescopen Kepler en TESS. Nu, wil je thuis toch graag zelf zo’n pulsatie waarnemen, speur op een winteravond de hemel dan eens af naar de ster Mira, in het sterrenbeeld van de Walvis. ‘Die ster pulseert over een periode van ongeveer 11 maanden, dus je moet wel wat geduld hebben, maar het helderheidsverschil is enorm: de ster wordt soms meer dan honderd keer helderder,’ zegt professor Kolenberg. ‘Hou haar dus op gezette tijdstippen in de gaten. Gebruik daarbij best een verrekijker, want met het blote oog is ze moeilijk waarneembaar.’

Figure Star Pitches

Licht als boodschapper

Als je hebt opgelet in de les natuurkunde, weet je natuurlijk dat geluid zich eigenlijk niet kan voortplanten in het luchtledige. Kan je sterren dan wel horen? ‘De geluidsgolven zitten gevangen in de sterren,’ verduidelijkt Kolenberg. ‘Het geluid komt er niet uit, maar met de juiste microfoon zou je het geluid in principe daar wel direct kunnen meten.’ Nu, uiteraard kan je geen microfoon in een ster plaatsen - laat staan dat er een hittebestendig exemplaar bestaat dat niet zou smelten - maar in de sterren weerklinkt er wel degelijk geluid. Daarom worden de geluidsgolven - die een ster vaak doen uitzetten en krimpen - gemeten via het licht dat varieert in intensiteit. ‘Het licht is tot nu toe de enige info die we krijgen van de sterren,’ zegt Kolenberg. ‘Het licht is de boodschapper en wij maken van de lichtcurves de vertaalslag naar de geluidsgolven die vaak de achterliggende oorzaak zijn van de lichtvariaties.’

Octaveren

Die data kan je dan weer gaan omzetten in een geluidsbestand. Pas dan kan je echt gaan luisteren naar de sterren. Of niet? Wat je te horen krijgt, is immers niet helemaal gelijk aan de symfonie die er in de sterren weerklinkt. De toonhoogte van dat geluid is immers zo laag - het gevolg van de trage geluidsgolven - dat een mensenoor het niet kan opvangen. ‘Als je die golven echter gaat versnellen, dan kan je de muziek van de sterren wel beluisteren,’ zegt Kolenberg. ‘Snellere golven impliceren immers hogere tonen.’

Een voorbeeld: een mensenoor kan geluidsgolven capteren die tussen pakweg 20 en 20.000 keer per seconde trillen. Als een ster dus maar om de paar minuten pulseert, moet je de snelheid van de golven een aantal keer verdubbelen, om de ster hoorbaar te maken. Voor sterren die maar om de paar dagen pulseren, moet je soms wel een miljoen keer gaan versnellen. Gezien elke verdubbeling het geluid met één octaaf verhoogt, kan je de sterren dus wel horen, maar niet op de oorspronkelijke toonhoogte. Is het geluid dat wij te horen krijgen dan niet willekeurig? ‘Nee, het timbre van elke ster blijft uniek,’ zegt Kolenberg. ‘Net als bij een muziekinstrument. Of je nu een lage of hoge do speelt op een piano, je hoort nog steeds dat het een piano is.’

Kolenberg MG 6459s web

Belang van luisteren

Zit professor Kolenberg dan ganse dagen met een hoofdtelefoon op naar de muziek van de sterren te luisteren? ‘Helaas is het nog niet gebruikelijk om naar satellietbeelden van de sterren te kijken en simultaan op play te drukken,’ lacht de asteroseismologe. ‘Er bestaat software die data in geluid omzet, maar voor wetenschappelijke interpretatie moeten die methoden eerst onderzocht worden. Je kan data immers op heel veel manieren omzetten in geluid. Zo moet je bepalen hoeveel keer je de golven gaat versnellen. Bovendien moeten de opgemeten data sowieso eerst “gezuiverd” worden van atmosferische en instrumentele storingen, zodat wat we te horen krijgen echt van de ster afkomstig is.’

Toch zou ze graag vaker naar het universum luisteren. ‘In ons wetenschappelijk onderzoek zijn we zintuigen aan het vergeten. Door sterren te bestuderen via grafieken en tabellen, met nadruk op het visuele, missen we mogelijk informatie. Afgezien van het feit dat ik vind dat we vandaag teveel naar een scherm staren, ben ik er ook van overtuigd dat we meer uit wetenschappelijke data kunnen halen door meerdere zintuigen in te zetten. Daarom ben ik één van de voorvechters van AstroSounds, een project waarmee we burgers naar de sterren laten luisteren.’

In het kader van wetenschapscommunicatie verklankt professor Kolenberg met haar cello zelf ook regelmatig het geluid van de sterren. Recent werkte ze ook samen met de LUCA School of Arts, waar studenten in een labo gingen experimenteren met o.a. de klank van sterren. ‘Symbioses tussen wetenschap en kunsten zijn in opmars,’ weet professor Kolenberg. ‘Zo zijn er artiesten als de Hongaarse Jenő Keuler die ganse composities voor een orkest van sterren creëert. Weer anderen bekijken de lichtcurves als partituur.’

Ook in het onderwijs heeft men het belang van creativiteit bij het aanbrengen van kennis begrepen. Denk maar aan de evolutie van STEM (i.e. onderwijs dat focust op Science, Technology, Engineering en Mathematics) naar STEAM (i.e. wanneer je Arts integreert). ‘Het is gezond, en ook inspirerend, om af en toe vanuit een andere invalshoek te kijken naar de wetenschappelijke informatie’, zegt Kolenberg. ‘Veel wetenschappelijke of technologische doorbraken gebeuren namelijk door probleemstellingen op een nieuwe, creatieve, en vaak onverwachte manier te gaan benaderen.’

Buitenaards leven

Nu, waarom luisteren wetenschappers naar de sterren? Welke informatie geeft de muziek van de kosmos? Omdat elke ster anders klinkt, vertelt het geluid in de eerste plaats meer over de opbouw van de ster: de grootte, de dichtheid, de temperatuur, de druk binnenin en de samenstelling van een ster, net zoals de klankkleur van een muzieknoot iets prijsgeeft over het muziekinstrument: het materiaal van de snaren, de grootte van de klankkast … Zo zal een kleine, dense ster - de piccolo van het universum - hoger klinken dan een grote ster met een lagere dichtheid.

Die informatie geeft op haar beurt een indicatie in welke fase van haar leven een ster zich bevindt. Massieve sterren vallen bijvoorbeeld sneller zonder brandstof. Zo is de zwanenzang aan het einde van het leven van een ster heel herkenbaar. De zon - bijvoorbeeld - zal heel schril klinken als ze op haar laatste benen staat. ‘Soms hoor ik meteen dat een ster op pensioen is,’ zegt Kolenberg.

‘Al die informatie is een belangrijk instrument in onder meer de zoektocht naar bewoonbare exoplaneten (i.e. een planeet die rond een andere planeet dan de zon draait),’ voegt Kolenberg toe. ‘Of er überhaupt leven mogelijk is op een andere planeet, hangt immers voornamelijk af van de moederster. Dat er leven is op aarde, is te danken aan de zon.’ Als astrofysici dus een nieuwe planeet vinden rond een trillende ster, gaan asteroseismologen de trillingen van de moederster ontrafelen. Op basis van de informatie die de geluidsgolven geven over de ster, kunnen ze inschatten of er a priori vloeibaar water en daarom eventueel leven mogelijk kan zijn op die planeet. ‘Omdat we bovendien niet zomaar een kijkje kunnen gaan nemen, is dit momenteel de enige manier om een zogenaamd “bewoonbare” exoplaneet te herkennen,’ zegt Kolenberg.

Wie weet, misschien gaat de muziek van het universum ons in de toekomst wel een indicatie geven of er buitenaards leven is in het heelal. Aan de partituur van het universum zal het alvast niet liggen. In de sterren staat het al geschreven, nu nog luisteren!

Heeft dit onderzoek je nieuwsgierig gemaakt naar meer?

Ontdek ons onderzoek en opleidingen.