Mijn onderzoek concentreert zich op de vraag hoe het huidige Heelal er uit kwam te zien zoals we het vandaag de dag waarnemen. Dat is een Grote Vraag. Om hem aan te pakken moet men waarnemingen combineren van het Heelal op zeer grote afstanden, waar, dankzij de eindige lichtsnelheid, we ook terugkijken in de tijd. Miljarden jaren terug in de tijd, om precies te zijn. Minstens zo belangrijk is het echter om ook naar het Heelel veel dichter bij huis te kijken, waar we processen in voldoende detail kunnen bestuderen, dat we een kans hebben om de relevante natuurkunde te begrijpen. Alleen zó kunnen we hopen om waarnemingen correct te interpreteren in het verre, vroege, Heelal.
Alle problemen begonnen met een oerknal. Omdat we ons zelden bemoeien met andere heelallen, noemen we het De Oerknal. Het Heelal begon piepklein, ongelooflijk heet en dicht, maar koelde snel af naarmate het uitdijde. Al gauw koelde het af tot het punt waarop elektronen en kernen zich verenigden tot atomen. Slechts een paar honderd miljoen jaar later begonnen de eerste kleine melkwegstelsels te schijnen, ingebed in een immer uitdijend Heelal vol ijl neutraal gas en de nagloed van de Oerknal.
Melkwegstelsels lijken universele bouwstenen te zijn waarin zich zichtbare, normale materie verenigt. Normale materie vormt wellicht slechts een minieme fractie van de totale materie-energie inhoud van het Heelal, maar aangezien u en ik er uit bestaan ben ik er nogal aan gehecht. De eerste, kleine, melkwegstelsels vormden zich waarschijnlijk rondom een kiem van donkere materie, volstrekt onzichtbaar en alleen wisselwerkend met normale materie door middel van zijn zwaartekracht. De normale materie die zich het eerst samentrok rondom deze kiemen vormden massieve zwarte gaten. Vele melkwegstelsels vonden zichzelf in een zwaartekrachtsgevecht verwikkeld met hun dichtstbijzijnde buren. Grotere stelsels verorberden hun kleinere soortgenoten en groeiden nog groter door middel van onderlinge botsingen. Hun centrale zwarte gaten versmolten tot nog massievere zwarte gaten, die ook aangroeiden door invallend materiaal op te slorpen. Alle grote melkwegstelsels die we vandaag de dag zien lijken dergelijke massieve zwarte gaten in hun centrum te herbergen. De overlevende melkwegstelsels vormden door zwaartekracht bijeengehouden groepen en later clusters van melkwegstelsels, enorme structuren die genoeg massa bevatten, dat ze niet vervlieden als gevolg van de algehele uitdijing van het Heelal.
Sterren vormden zich in melkwegstelsels waar er ook maar normale materie condenseerde in afkoelende gaswolken. De allereerste generatie sterren leek geenszins op sterren zoals de Zon. Ze bestonden uit alleen maar waterstof en helium. Elke generatie sterren vormde zwaardere elementen als producten van de kernfusie in hun kernen of van hun explosieve dood. Het resulterende puin, nu vervuild met sporen van de chemische elementen waaruit planeten en mensen bestaan, werd verwerkt in volgende generaties van sterren. De protostellaire gasnevel waaruit onze Zon en ons Zonnestelsel condenseerden bevatte de produkten van meerdere generaties sterren.
Maar sterren vormen zich niet in wiskundig esthetische afzondering. Stervorming is namelijk een uiterst complex en wanorderlijk proces. De straling en winden, en de mechanische energie die vrijkomt bij de gewelddadige dood van massieve, kortlevende sterren, beïnvloedt hun galactische en zelfs extragalactische omgeving. Stofdeeltjes vormen uit de chemische verontreinigingen in het gasvormige puin en kunnen een deel van de straling absorberen en op langere golflengten weer uitzenden. Voedende zwarte gaten (quasars of QSOs) schieten bundels van energetische straling door hun omgeving en tot ver buiten de grenzen van hun gaststelsel. Naarmate meer tijd verstreek, begon de uit melkwegstelsels lekkende straling met genoeg energie om het enkele electron uit een waterstofatoom te slaan, of genoeg energie zelfs om beide electronen van helium te strippen, het immer ijlere gas tussen melkwegstelsels opnieuw te ioniseren. (Opnieuw, aangezien het Heelal ook geïoniseerd was tijdens het korte tijdsinterval voordat er atomen bestonden). Tegen de tijd dat het Heelal zijn eerste miljardste verjaardag vierde, was al het waterstofgas tussen melkwegstelsels geïoniseerd en, naarmate quasars krachtiger en talrijker werden, volgde helium vrij vlot daarna.
Het stervormingsproces en alles wat daarmee samenhangt lijkt een drijvende kracht te zijn in de vormgeving van de melkwegstelsels die we vandaag de dag zien. Geen computerprogramma heeft tot nog toe geheel succesvol een virtuele ster weten te vormen vanuit realistische begincondities. Ik heb daarom een observationele aanpak gevolgd in de hoop enkele van de sleutelvariabelen te begrijpen. Ik ben van plan die aanpak te vervolgen – vanaf de grond, stratosferische ballon, en met instrumenten aan boord van toekomstige satellieten – om belangrijke waarnemingen te leveren als input voor theoretische modellen en om hun voorspellingen te testen. Hoewel ze op het eerste gezicht weinig met elkaar te maken lijken te hebben, houden alle onderwerpen waarover ik heb gepubliceerd (zie mijn bibliografie) op de een of andere manier verband met het stervormingsproces en het ingewikkelde pad van de Oerknal naar Mensen.