Voor veel wetenschappers is het een droom die nooit uitkomt: je onderzoek wereldwijd op televisie en in alle kranten. Voor astrofysicus Jordy Davelaar, die rekende aan het zwarte gat dat vorig jaar gefotografeerd werd, was het al realiteit voor zijn proefschrift goed en wel afgerond was. Aanstaande maandag promoveert hij bij zwarte gaten-boegbeeld Heino Falcke.

Dat het heelal veel mensen fascineert merkte sterrenkunde-promovendus Jordy Davelaar altijd al wel, bijvoorbeeld als gespreksonderwerp op feestjes. Maar toen in april vorig jaar de eerste foto van een zwart gat gepresenteerd werd, M87, ging het pas echt los. Davelaar was nauw betrokken bij de totstandkoming daarvan, als onderzoeker binnen het Event Horizon Telescope-team (EHT) dat de foto maakte.

Tijdens de bekendmaking van de foto was hij voor zijn onderzoek in de VS, vertelt Davelaar op zijn werkkamer in het Huygensgebouw. ‘Kort na de fotopresentatie zat ik in een Uber-taxi naar Princeton University en de chauffeur werd wild enthousiast toen hij hoorde dat ik bij de foto betrokken was. “Ik wil nog een extra rondje rijden!”, zei hij.’

Ruim een jaar later staat Davelaars werk opnieuw in de belangstelling. Weekblad Elsevier zette hem onlangs op de lijst van 30 mensen onder de 30 jaar die we de komende jaren in de gaten moeten houden. Maar ook wetenschappelijk krijgt Davelaar aandacht: aanstaande maandag neemt een groep collega’s zijn proefschrift kritisch onder de loep tijdens zijn promotie in de Nijmeegse Aula.

Je carrière begon door die foto met een knal. Heb je je wetenschappelijke hoogtepunt niet al achter de rug?

‘Die foto was natuurlijk een historische gebeurtenis. Zoiets groots maak je waarschijnlijk maar een keer mee inderdaad. Maar er staan nog zoveel vragen open. Wat gebeurt er in het centrum van een zwart gat? Hoe is zwaartekrachttheorie te verenigen met kwantummechanica? Ik kan me niet voorstellen dat er in de komende veertig jaar niet nog minstens even spectaculaire ontdekkingen worden gedaan. Er zijn bijvoorbeeld ook plannen om nieuwe telescopen de ruimte in te sturen. Daarmee kunnen we nog veel gedetailleerdere foto’s van zwarte gaten maken, bijvoorbeeld van Sagittarius A*, in het centrum van onze Melkweg.’

Verbaasde alle aandacht voor de foto je?

‘Nou, sterrenkunde is altijd al een beetje de PR-afdeling binnen de natuurkunde, wordt wel eens gezegd, omdat het zo beeldend is. En hoe beeldender, hoe makkelijker iets aandacht trekt van het algemene publiek. Maar dit was wel extreem, 2019 was een absurd jaar.’

Is die foto wel meer dan een PR-stunt? Hij is 2D, vaag en heeft een extreem lage resolutie – ongeveer 20 pixels vertelde je.

‘Het is zeker geen PR-stunt. Door die foto weten we dat de algemene relativiteitstheorie klopt. Althans, de foto is er niet mee in strijd. Dat was nog maar helemaal de vraag, níemand had nog ooit een zwart gat gefotografeerd. Als het beeld heel anders was geweest, had Einsteins theorie op de schop gemoeten.’

In je proefschrift heb je simulaties gemaakt van zwarte gaten. Wat is het nut hiervan, nu we ook een echte foto hebben?

‘De simulaties waar ik aan werk zijn nodig om te zien of de foto die we gemaakt hebben overeenkomt met onze kennis over zwarte gaten. Voor mijn proefschrift heb ik met name extra natuurkundige effecten toegevoegd zoals versnelling van elektronen. Dit laatste gebeurt onder andere bij plasma flares rond zwarte gaten (‘uitbarstingen’ van extreem hete gassen waarin atoomkernen en elektronen los van elkaar bewegen, red.). Ze zijn vergelijkbaar met zonnevlammen die soms van onze eigen zon vandaan komen. Om zwarte gaten te begrijpen is het belangrijk om te weten hoe elektronen in die flares zich gedragen. Daarover (hij verheft zijn stem een beetje, red.) zeiden de modellen die we gebruikten om de foto te analyseren nog maar weinig.’

Hoe ontstaan plasma flares?

‘De magneetvelden rond zwarte gaten zijn extreem sterk. Flares ontstaan als tegenovergestelde magnetische veldlijnen met elkaar botsen (alsof je de pluspolen van twee magneten tegen elkaar drukt, red.). Magnetische reconnectie heet dit, en daarbij komt veel energie vrij. Die energie wordt opgenomen door plasmadeeltjes, die vervolgens opwarmen, versnellen en er een uitbarsting van straling ontstaat. Die straling kunnen wij weer waarnemen met telescopen op aarde.’

‘De aangepaste modellen uit mijn proefschrift, die rekening houden met de gevolgen van magnetische reconnectie, kunnen observaties beter verklaren dan oude modellen. Die gingen er voor het gemak vanuit dat elektronen niet versnellen maar onderling in evenwicht zijn. Maar dat is niet zo, weten we van metingen aan onder andere zonnevlammen. Sommige elektronen krijgen veel meer energie mee, waardoor ze veel efficiënter straling uitzenden.’

Wat leert ons dit over zwarte gaten?

‘Vanwege die hogere efficiëntie is er minder massa nodig om een bepaald stralingseffect te krijgen. Dat betekent dat er waarschijnlijk minder materie om zwarte gaten als M87 en Sagittarius A* heen draait dan eerder gedacht werd. Misschien wel twee keer zo weinig, berekende ik. Om bijvoorbeeld zo’n foto van een zwart gat goed te kunnen interpreteren is het daarom belangrijk dat we goede simulatiemodellen hebben.’

Duurt het nu ook twee keer zo lang voordat het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel de aarde opslokt?

‘Nee, zo simpel kun je dat niet stellen. Maar dat gaat sowieso niet gebeuren, daarvoor staat ons zonnestelsel te ver van het centrum af. Voordat we ooit opgeslokt worden is de zon al lang opgebrand. Dat zal eerder een probleem vormen, haha.’

‘Ik dacht beter te zijn dan een Nobelprijswinnaar’

Je hebt ook een virtual reality-simulatie gemaakt van hoe het eruit ziet rondom een zwart gat. Waarom?

‘Het is een vorm van public outreach, wat ik belangrijk vind. Op publieksdagen maakt het kinderen bijvoorbeeld razend enthousiast over sterrenkunde. Maar ook wetenschappelijk is het nuttig. Een gezichtspunt ‘van binnenuit’ geeft een beter begrip van wat er gebeurt in een zwart gat dan als je naar een tweedimensionale foto kijkt die vanaf de aarde genomen is. De maan ziet er ook heel anders uit als je een camera op het oppervlak zet, dan wanneer je er door een telescoop naar kijkt.’

In de sciencefiction-film Interstellar zien we ook een simulatie van een zwart gat. Hollywood trok daar miljoenen voor uit, terwijl wetenschappers soms het geld bijeen moeten schrapen. Is dat frustrerend?

‘Nee, hoor. Het grappige is, die film was juist een van de aanleidingen voor mij om een VR-simulatie te maken. Aan Insterstellar werkten ook astrofysici mee, onder wie de Amerikaanse Nobelprijswinnaar Kip Thorne. Ze hebben er zelfs over gepubliceerd in een vaktijdschrift, dus wetenschappelijk leverde het ook wat op. Voor de film hebben ze hun simulatie wel wat aangepast trouwens. Dat wilde ik zelf beter doen zei ik ooit tegen NBC (de Amerikaanse tv-zender, red.). Prompt schreven ze op dat ik beter dacht te zijn dan een Nobelprijswinnaar, haha.’

Wat ga je doen na je promotie? Je doet toponderzoek, staat in lijstjes van Elsevier, alleen the sky lijkt the limit – letterlijk en figuurlijk.

‘Ik ga vervolgonderzoek doen in New York, bij Columbia University en het Flatiron Institute. Dat is echt het walhalla op het gebied van astroplasma-onderzoek. 1 oktober ga ik beginnen, ik heb net gehoord dat ik een visum heb. Dat is een hele opluchting, want de Amerikaanse corona-travel ban maakte dat nog even spannend.’

‘Wat betreft mijn promotieonderzoek heb ik ook gewoon veel geluk gehad. Ik viel met mijn neus in de boter toen ik begon in 2016. De voorbereidingen waren net gestart om met het EHT-team een foto van het zwarte gat te maken. Daarvan had Einstein honderd jaar geleden alleen maar kunnen dromen.’