Hoe ijstelescopen het onzichtbare universum blootleggen

De schrale wind snijdt met -20 °C door mijn thermische kleding. Om me heen is niets anders te zien dan een peilloze, witte vlakte onder een bewolkte hemel. Zelfs het kleine basiskamp tien kilometer achter ons, waar we vanmorgen zijn vertrokken met de sneeuwscooter en een volgeladen slee, is niet meer te zien. Met mijn voeten diep in de krakende sneeuw trek ik de kraag van mijn parka zo hoog mogelijk op tegen de kou. Het voelt vreemd: we staan op een van de meest afgelegen plekken op aarde, maar we kijken naar de meest gewelddadige plekken in het heelal - van ontploffende sterren tot zwarte gaten die hele zonnestelsels opslokken.

Alleen kijken we niet met onze ogen of een normale telescoop. We jagen op 'spookdeeltjes'!

Denk nog eens terug aan de zonsverduistering van 12 augustus. Met eclipsbril in de aanslag stonden honderdduizenden mensen klaar om het spektakel te bewonderen. Maar voor wie pech had, schoof er net dan een dik pak wolken voor de zon. Frustrerend, want je ziet plotseling niets meer.

Astronomen kampen met exact hetzelfde probleem, maar dan op gigantische schaal. Ook wanneer onze aardse hemel helder is, stuiten astronomen op dichte mistwolken van kosmisch stof en gas. Die mist gaat vaak gepaard met gewelddadige en interessante objecten die we graag beter willen begrijpen, zoals kolkende zwarte gaten. Helaas zien zelfs de grote ruimtetelescopen zoals Hubble en James Webb geen steek doorheen deze dikke wolken.

Om écht diep in het hart van die gewelddadige objecten te kijken, moeten we dus op zoek naar een heel ander soort signalen: neutrino’s.

Kosmische spoken door je vingertop

Natuurkundigen noemen ze niet voor niets 'spookdeeltjes'. Ze trekken zich namelijk bijna nergens iets van aan. Waar normaal licht door een stofwolk wordt tegengehouden, net zoals het zonlicht op die bewolkte augustusdag, vliegt een neutrino ongestoord dwars door alles heen. Op dit eigenste moment razen er miljarden ongemerkt door je vingertop. Omdat niets ze tegenhoudt, reizen ze in een kaarsrechte lijn van een zwart gat naar de Aarde. Zo brengen neutrino’s de blauwdruk van de meest extreme fysica in het universum rechtstreeks tot bij ons.

Maar ja: hoe vang je iets dat overal doorheen vliegt?

Het antwoord is héél … véél … massa. Als je maar genoeg materie op een hoop gooit, dan botst er heel af en toe toch een neutrino tegen.

Zie hier, de ijskap van Groenland!

Door de enorme omvang van de ijskap is de kans om er een kosmisch neutrino te vangen best groot. Zo vingen pioniers de afgelopen 25 jaar al honderden neutrino's op de Zuidpool. Met vierduizend lichtsensoren speuren ze er naar petieterige kleine blauwe lichtflitsjes die ontstaan wanneer een neutrino botst met een ijskristal. Die techniek werkt fantastisch … voor 'normale' neutrino's. Maar om de allerkrachtigste en zeldzaamste exemplaren uit het heelal te vangen is een detector nodig die wel honderd keer groter is. Zoveel lichtsensoren in het ijs smelten is onbetaalbaar.

Daarom rollen mijn collega’s en ik een nieuwe radiotechniek uit in Groenland op grote schaal. Naast de blauwe lichtflits ontstaat namelijk ook een korte radiopuls. Omdat een radiogolf tot wel honderd keer verder door ijs reist dan licht, kunnen we onze antennes kilometers ver uit elkaar plaatsen. Zo veranderen we een enorm stuk ijskap in één reusachtige neutrinotelescoop - het Radio Neutrino Observatory Greenland, of RNO-G.

Een nieuwe bril voor onze ijstelescoop

Dus hier sta ik dan, op arctische expeditie om onze neutrinotelescoop RNO-G vorm te geven. Terwijl ik ademwolkjes uitblaas in een meterdiepe geul gooi ik de laatste schep sneeuw aan de kant. Mijn teamgenoten en ik laten antenne na antenne honderd meter diep in het ijs zakken. We rollen dikke kabels uit over het ijs en monteren de twee zonnepanelen die onze apparatuur midden in deze leegte tot leven moeten wekken. Het is nauwkeurig precisiewerk in een snijdende kou.

En toch is de natuur ons nog te slim af, want dat ijs maakt het ons niet makkelijk.

Poolijs is namelijk geen egaal blok ijs. Aan het oppervlak ligt luchtige sneeuw die onder het gewicht van nieuwe sneeuwval wordt samengeperst tot een dense ijsmassa in de diepte. Die overgang buigt de radiosignalen af tijdens hun reis van het neutrino naar de antennes. Het signaal dat de detector bereikt is daardoor vervormd en wazig, alsof je ogen niet goed meer werken.

Om dat beeld weer scherp te krijgen, heeft de telescoop een bril nodig: een computermodel van het ijs dat de vervorming kan wegwerken. En net als bij een gewone bril moet de sterkte exact kloppen. Heeft je bril de verkeerde glazen? Dan blijft het beeld wazig en lees je de informatie misschien wel foutief af.

Tijdens mijn doctoraat heb ik die "bril" wat scherper gesteld. Door de ijslagen van de Groenlandse ijskap nauwkeurig in kaart te brengen, ontwikkelde ik een nieuw wiskundig rekenmodel. Om dat model te testen, maakte ik slim gebruik van de radiosignalen van weerballonnen die toevallig over de detector vlogen. Ik vergeleek het wazige beeld van deze signalen met wat mijn model voorspelde. Het resultaat? Een uitstekende match!

Het onderzoek is hiermee natuurlijk niet gedaan: de komende jaren zullen internationale teams RNO-G nog verder uitbouwen en verfijnen. Maar dankzij mijn ijsmodel ziet onze radio-ijstelescoop de neutrino’s nu scherper dan ooit.

En terwijl de motoren van de sneeuwscooters weer warmdraaien voor de terugrit naar het kamp, pak ik mijn gereedschap in. Ik kijk nog één keer om over de stille witte vlakte. De wind blijft huilen over het ijs, maar onder onze voeten staan de antennes nu paraat. De Groenlandse ijskap staat op scherp, wachtend tot een kosmisch neutrino uit het heelal zijn radio-echo achterlaat in het ijs. Een signaal van een spookdeeltje wiens bestaan we tot nu toe alleen in onze wildste theorieën kunnen vermoeden. Een signaal dat ons geheimen zal verraden uit de diepste uithoeken van de kosmos.

Bob Oeyen dingt mee naar de Vlaamse PhD Cup 2026. Ontdek meer over dit onderzoek op www.phdcup.be.