Het clichébeeld van een astrofysicus? Iemand die hele nachten door een telescoop naar de sterrenhemel tuurt. Er is natuurlijk iets van aan, ook voor Katrien Kolenberg. De nachten die ze doorbracht in het Sphinx-observatorium op de Zwitserse Jungfraujoch en in de Atacamawoestijn in Chili vormen inderdaad hoogtepunten in haar carrière. Maar de professor sterrenkunde aan de KU Leuven kijkt niet alleen naar de sterren, ze luistert er ook naar. ‘Sterren zingen hun eigen lied.’

In die hemellichamen weerklinkt wel degelijk geluid. ‘Maar het zit erin gevangen’, zegt Kolenberg. ‘Het komt er niet uit.’ Geluid kan zich niet voortplanten in het luchtledige. De geluidsgolven – die een ster vaak doen uitzetten en krimpen – kun je wel meten via het licht van de ster, dat in intensiteit varieert. ‘Het licht is de boodschapper. Wij maken de vertaalslag van de lichtcurves naar de geluidsgolven die vaak de achterliggende oorzaak zijn van de lichtvariaties.’

Al eeuwenlang heeft de mens in de gaten dat sommige sterren nu eens heel helder aan het firmament schijnen om vervolgens weer doffer te worden. ‘Zo zijn er sterren die op een paar dagen tijd zo’n drie keer helderder worden’, aldus Kolenberg. ‘Vroeger dacht men dat die veranderingen veroorzaakt werden door eclipsen van dubbelsterren (wanneer het ene hemellichaam voor het andere schuift, red.). Een eeuw geleden ontdekten wetenschappers echter dat zulke variaties ook voortkomen uit de trillingen van de sterren zelf.’

Al die twinkelende sterren aan de hemel, zijn dat dan de sterren die muziek maken? ‘Nee, dat is een optisch effect’, aldus Kolenberg. ‘Het wordt veroorzaakt door bewegende luchtbellen in onze atmosfeer die het licht verstrooien. In werkelijkheid pulseren de sterren veel langzamer dan dat je ze ziet fonkelen. Eén samentrekking kan lang duren – van enkele minuten tot jaren of zelfs langer.’

Vroeger gebeurden die waarnemingen met het blote oog of met telescopen op aarde. Tegenwoordig bestudeert Kolenberg het sterrenlicht voornamelijk via beelden die ze ontvangt vanuit de ruimte, van de NASA-ruimtetelescopen Kepler en TESS. 

Wie thuis graag zelf zo’n pulsatie wil waarnemen˛ kan op een winteravond de hemel afspeuren naar de ster Mira, in het sterrenbeeld van de Walvis. ‘Die ster pulseert over een periode van ongeveer elf maanden, dus je moet wel wat geduld hebben. Maar het helderheidsverschil is enorm: de ster wordt soms meer dan honderd keer helderder. Hou haar dus op gezette tijdstippen in de gaten. Gebruik het best een verrekijker, want met het blote oog is ze moeilijk waarneembaar.’

Lichtcurves als partituren

De lichtgegevens die Kolenberg verzamelt, zet ze om in een geluidsbestand. Pas dan kan ze echt luisteren naar de sterren. Of niet? Wat de onderzoeker te horen krijgt, is immers niet helemaal gelijk aan de symfonie die werkelijk in de sterren weerklinkt. Doordat de geluidsgolven zo traag zijn, is de toonhoogte zo laag dat ze met het gewone gehoor niet is op te vangen. ‘Maar als je die golven gaat versnellen, dan kun je de sterrenmuziek wel beluisteren’, aldus Kolenberg. ‘Snellere golven impliceren hogere tonen.’

Een voorbeeld: een mensenoor kan geluidsgolven capteren die tussen pakweg twintig en twintigduizend keer per seconde trillen. Als een ster maar om de paar minuten pulseert, dan 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.

Aangezien elke verdubbeling het geluid met één octaaf verhoogt, kun 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.’

Zit Kolenberg dan dag in, dag uit 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 asteroseismoloog. ‘Er bestaat software die data in geluid omzet, maar voor wetenschappelijke interpretatie moeten die methodes eerst onderzocht worden.’

‘Je kunt 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. ‘Bij ons wetenschappelijk onderzoek zijn we zintuigen aan het vergeten. Door sterren te bestuderen via grafieken en tabellen en de nadruk te leggen op het visuele, missen we mogelijk informatie. Afgezien van het feit dat ik vind dat we vandaag te veel 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 regelmatig het geluid van de sterren. Recent werkte ze samen met de LUCA School of Arts, waar studenten in een lab gingen experimenteren met onder andere de klank van sterren. ‘Symbioses tussen wetenschap en kunsten zijn in opmars’, weet Kolenberg. ‘Zo zijn er artiesten als de Hongaarse Jenő Keuler die volledige composities voor een orkest van sterren creëren. 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 (onderwijs dat focust op Science, Technology, Engineering en Mathematics, red.) naar STEAM (wanneer je Arts integreert, red.). 

‘Het is gezond en inspirerend om af en toe vanuit een andere invalshoek te kijken naar de wetenschappelijke informatie. Veel wetenschappelijke of technologische doorbraken gebeuren namelijk door probleemstellingen op een nieuwe, creatieve, en vaak onverwachte manier te benaderen.’

Wetenschappelijk instrument

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. Je leert iets over de grootte, dichtheid en temperatuur van de ster, over de druk binnenin en de samenstelling. Het is net zoals de klankkleur van een muzieknoot iets prijsgeeft over het muziekinstrument: het materiaal van de snaren, de grootte van de klankkast … Een kleine, dense ster – zeg maar de piccolo van het universum – zal hoger klinken dan een grote ster met een lagere dichtheid.

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

‘Al die informatie vormt een belangrijk instrument in onder meer de zoektocht naar bewoonbare exoplaneten. 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 een nieuwe planeet vinden rond een trillende ster, dan 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 vloeibaar water en dus leven mogelijk kan zijn op die planeet. ‘Omdat we niet zomaar een kijkje kunnen gaan nemen, is dit momenteel de enige manier om een zogenaamd bewoonbare exoplaneet te herkennen.’

Misschien geeft de muziek van het universum ons in de toekomst wel een indicatie 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. 

Dit artikel is een bewerkte versie van het artikel ‘Er staat muziek in de sterren geschreven’, dat is verschenen op KU Leuven Stories.