Sterrenstelsels ontdekken met astronoom Akira Endo

Astronoom dr. Akira Endo werkt aan een geheel nieuw meetinstrument waarmee astronomen de meest actieve sterrenstelsels hopelijk veel beter kunnen bestuderen.

De nieuwe spectrometer, DESHIMA genoemd, moet ons inzichten geven over het ontstaan van sterren en sterrenstelsels. Een interview met deze Japanse en ambitieuze wetenschapper van de sectie Tera-Hertz Sensing van de faculteit EWI, over belangrijke momenten in zijn wetenschappelijke carrière.

Dr. Akira Endo (1981) spreekt bevlogen over zijn werk. Endo: “Ik wil een significante bijdrage leveren aan de manier waarop we naar het heelal kijken. Ik heb het gevoel dat we met iets ongelooflijk essentieels bezig zijn. Dat we iets kunnen ontdekken dat ons hele beeld van het universum verandert. Je hebt theoretici die zeggen dat ze weten hoe het heelal is ontstaan. Maar wij zijn de mensen van het experiment, wij willen het zien, wij willen bewijs. De meest actieve sterrenstelsels in de geschiedenis van het heelal, kunnen we slecht bestuderen. Terwijl ik denk dat we juist van de ontwikkeling van die sterrenstelsels veel kunnen leren. Met 3D-kaarten van zulke submillimeter galaxies hopen we verschijnselen te gaan zien die we nog niet kennen.”

De ultieme geschiedenis

Ons gesprek vindt plaats nét nadat de eerste Nobelprijs-winnaars bekend zijn gemaakt. Vandaar mijn bruggetje naar: als ze iets spectaculairs ontdekken, is dat dan potentieel Nobelprijs-materiaal? “Als we echt iets nieuws ontdekken, iets dat de huidige theorieën over het heelal op zijn kop zet, dan kan er van alles gebeuren. Ongeveer de helft van de Nobelprijzen in de astronomie had iets te maken met nieuwe instrumenten. Maar het hangt er echt vanaf wat we gaan zien.”

Ego of status boeien hem niet zo, hij laat zich drijven door nieuwsgierigheid. “We werpen een blik op de ultieme geschiedenis en zoeken naar antwoorden op fundamentele vragen als waarom zijn we hier, waar komen we vandaan?” Lachend: “Het is maar goed dat ik een lange adem heb. Een onderzoek als dit kost erg veel tijd. Je geeft er een belangrijk deel van je leven aan terwijl de uitkomst erg onzeker is. Dat houd je alleen maar vol als nieuwsgierigheid je drijfveer is.”

Uiteindelijk doel van het onderzoek

Het creëren van 3D-kaarten van zogeheten submillimeter galaxies die, in tegenstelling tot 2D-kaarten, ook de afstand en tijd tonen. Submillimeter galaxies zijn de meest actieve sterrenstelsels, die we slecht kunnen bestuderen met traditionele telescopen, omdat ze erg veel stof voortbrengen.

Het onderzoek richt zich op de periode dat het heelal een zesde van zijn bestaan achter de rug had, tot grofweg halverwege de geschiedenis van het universum. In die periode waren de sterrenstelsels en hun sterren het meest actief. De ontwikkelingen in zulke stelsels kun je wel bestuderen door de protonen en terahertz-golven te bestuderen.

Wat is een spectrometer?

Akira Endo twijfelde lang tussen chemie (het vakgebied van zijn vader) of astronomie. “Ik wist niet zeker of ik met het kijken naar sterren, werkelijk een carrière kon opbouwen.”

Een vriend raadde hem aan om zijn hart te volgen. Het werd astronomie en in 2005 maakte Endo voor het eerst kennis met superconducting sensors. De combinatie van astronomie en de ontwikkeling van meetapparatuur met supergeleiding, interesseerde hem meteen. Voor zijn studiegenoten kwam dit over alsof Endo de overstap maakte van wetenschap naar de ontwikkeling van instrumenten. Maar Endo zag juist het belang in van wat hij zelf noemt ‘instrument science’ .

Endo: “De ontwikkeling van fundamenteel nieuwe apparatuur, is alleen mogelijk wanneer je de onderliggende wetenschappelijke principes goed begrijpt. Het combineren van de twee vakgebieden, is de beste en misschien wel de enige manier, om te komen tot baanbrekende astronomische ontdekkingen. Ook al is het zeker een lange weg waarop veel te verliezen, maar ook veel te winnen valt.”

Wat maakt de spectrometer bijzonder?

Een van de voordelen van het gebruik van supergeleiding is dat de spectrometer een stuk kleiner is, deze past straks op een chip ter grootte van een cd. Daarnaast maakt de nieuwe spectrometer gebruik van veel detectoren, waardoor het licht uiteindelijk veel nauwkeuriger wordt gemeten.

Ter illustratie: waar een digitale fotocamera beelden maakt met enkel de primaire kleuren in een pixel, hoopt Endo dat ze straks vijfhonderd kleuren per pixel kunnen vangen. ‘Dat is onze droom.’

Wanneer weten we of het werkt?

In de zomer van 2016 gaan Endo en zijn collega’s de eerste testen in Delft uitvoeren, begin 2017 hopen ze de spectrometer uit te proberen op de telescoop waar het apparaat voor is bedoeld: de ASTE-telescoop in Chili.

Tekst: Stan van Herpen | Fotografie: Marcel Krijger | december 2015

University of Tokyo, 2005: de kennismaking met supergeleiders
Akira Endo twijfelde lang tussen chemie (het vakgebied van zijn vader) of astronomie. “Ik wist niet zeker of ik met het kijken naar sterren, werkelijk een carrière kon opbouwen.”
Een vriend raadde hem aan om zijn hart te volgen. Het werd astronomie en in 2005 maakte Endo voor het eerst kennis met superconducting sensors. De combinatie van astronomie en de ontwikkeling van meetapparatuur met supergeleiding, interesseerde hem meteen. Voor zijn studiegenoten kwam dit over alsof Endo de overstap maakte van wetenschap naar de ontwikkeling van instrumenten. Maar Endo zag juist het belang in van wat hij zelf noemt ‘instrument science’ .
Endo: “De ontwikkeling van fundamenteel nieuwe apparatuur, is alleen mogelijk wanneer je de onderliggende wetenschappelijke principes goed begrijpt. Het combineren van de twee vakgebieden, is de beste en misschien wel de enige manier, om te komen tot baanbrekende astronomische ontdekkingen. Ook al is het zeker een lange weg waarop veel te verliezen, maar ook veel te winnen valt.”

April 2009, komst naar Delft
In maart 2009 promoveert Endo cum laude aan de University of Tokyo. Hij komt een maand later al naar Delft. “Als je de aarde van een afstandje aanschouwt, op zoek naar een plek waar ze zich serieus bezighouden met supergeleiding en de ontwikkeling van nieuwe astronomische meetinstrumenten, dan is de TU Delft een van de weinige lichtpuntjes.”
Met het werk van prof. Teun Klapwijk als zijn belangrijkste inspiratiebron, voelt Delft voor Endo als een thuiskomst. “Hier wordt de ontwikkeling van instrumenten werkelijk als een wetenschap gezien.”

Oktober 2009, Atacama woestijn, Chili (5100 meter)
In de Atacama woestijn in Chili staat de ASTE-telescoop, waarvoor Endo de spectrometer DESHIMA ontwikkelt (acroniem voor: Deep Spectroscopic High-redshift Mapper). Hier waagt hij in oktober 2009, met de vergelijkbare telescoop APEX, een poging om een van zijn favoriete sterrenstelsels te bekijken.
Het resultaat is matig. “Toen dacht ik: dat moet beter kunnen met de mogelijkheden die we in Delft hebben.” In Chili krijgt Endo het idee voor een spectrometer met supergeleiding in combinatie met een grote hoeveelheid detectoren.

Ergens in 2009, eerste ontmoeting met collega Jochem Baselmans
Dr. Jochem Baselmans, nu ook associate professor bij de vakgroep Tera-Hertz Sensing, is Endo’s belangrijkste partner in de ontwikkeling van de nieuwe spectrometer. “De intelligentie van Jochem… Toen ik hem net kende, was ik altijd doodmoe als ik een dag met hem had doorgebracht. Jochem is een fontein die voortdurend fantastische ideeën voortbrengt. De synergie tussen ons tweeën is fantastisch.”

2014, Overstap naar faculteit EWI
In 2014 stapt Endo over van de faculteit TNW naar EWI. “Ik zie het als een van mijn sterkste punten dat ik me gemakkelijk meng tussen verschillende wetenschappelijke disciplines. Na vijf jaar onderzoek op het gebied van astronomie, maakte ik de overstap naar natuurkunde. In feite was ik de astronoom in een nano-fysica omgeving, dit gaf me een heel andere kijk ten opzichte van andere astronomen en nano-fysici. De kennis en het persoonlijke netwerk dat ik heb in beide disciplines, is van grote waarde voor me. Na zes jaar in de natuurkunde, was het tijd om mijn kennis van de twee verschillende disciplines optimaal te combineren. Ik kwam terecht bij de sectie Tera-Hertz Sensing. Nu maak ik onderdeel uit van een van de beste onderzoeksgroepen ter wereld binnen deze discipline.”