Opnieuw hebben astronomen Einsteins gelijk bewezen. Hun onderzoekslaboratorium? Het heelal.

De algemene relativiteitstheorie, of zwaartekrachttheorie, van Einstein voorspelt dat alle objecten, ongeacht hun massa of compositie, op dezelfde manier vallen. De theorie heeft op aarde al meerdere tests doorstaan, maar geldt hij nog steeds voor objecten met een extreem sterke zwaartekracht in het universum?

Sommige onderzoekers denken van niet. Zo voorspellen alternatieve zwaartekrachttheorieën dat objecten met extreem sterke zwaartekracht (neutronensterren bijvoorbeeld) anders vallen dan objecten met matige zwaartekracht. Maar een team van astronomen (waaronder Nederlandse onderzoekers) heeft nu bewijs gevonden dat Einstein (opnieuw) gelijk geeft.

Lees ook: Atoomklok bevestigt Einsteins ‘lift-theorie’

Hamer en veer

Men neme een veer en een hamer en laat deze op de maan vallen. De objecten vallen even snel. Dit concept werd al in de zestiende eeuw door Galileo onderzocht en werd door astronaut David Scott getoond in dit beroemde filmpje:

De aarde en de maan vallen op dezelfde manier naar de zon toe, maar hoe zit dat met extreem zware ruimteobjecten, zoals neutronensterren? Dat hebben sterrenkundigen nu kunnen uitzoeken met behulp van een ‘kosmisch laboratorium’: het in 2012 ontdekte drievoudige stersysteem PSR J0337+1715 op 4200 lichtjaar afstand van de aarde.

In dit systeem draaien een neutronenster (met 1,44 keer de massa van de zon) en een witte dwerg (met 1/5^e keer de massa van de zon) in 1,6 dagen om elkaar heen in een baan van 327 dagen om een andere witte dwerg een heel eind verderop. Volgens Einsteins theorie zouden de neutronenster en de binnenste witte dwerg op dezelfde manier naar de buitenste witte dwerg moeten vallen. Volgens de alternatieve theorie elk op een andere manier.

Pulsen

De astronomen testten dit door de neutronenster zes jaar lang te volgen met drie verschillende telescopen, waaronder de Westerbork Synthese Radiotelescoop in Drenthe. De neutronenster is een pulsar: terwijl hij 366 keer per seconde om zijn as draait, zendt hij elektromagnetische straling uit die hier op aarde kan worden gedetecteerd in de vorm van snelle pulsen.

Dankzij die pulsen konden de onderzoekers heel nauwkeurig nagaan waar de neutronenster is geweest, waar hij zich bevindt én waar hij naartoe gaat. Beweegt de pulsar naar de aarde toe, dan komen de pulsen enkele seconden eerder aan; beweegt hij van de aarde af dan arriveren de pulsen enkele seconden later. “Als de neutronenster anders zou vallen dan de witte dwerg, zouden de pulsen op een ander tijdstip aankomen dan verwacht”, zegt Anne Archibald (Universiteit van Amsterdam en ASTRON).

Natuurlijk laboratorium

De wetenschappers maten of de pulserende neutronenster en de binnenste witte dwerg (die niet zo massief en compact is als de neutronenster en dus een minder sterke zwaartekracht heeft) anders werden beïnvloed door de zwaartekracht van de buitenste witte dwerg.

In de loop van de tijd vonden ze bijna geen waarneembaar verschil, wat betekent dat de twee ruimteobjecten op dezelfde manier naar de buitenste witte dwerg vallen. Er is in dit model dus weinig ruimte voor alternatieve zwaartekrachtstheorieën en Einstein krijgt opnieuw gelijk.

Hoogleraar in de astrofysica Gijs Nelemans (Radboud Universiteit) is erg enthousiast over het onderzoek. “Het is een prachtige uitbreiding van de tests die tot nu toe zijn gedaan en een erg mooie meting. Zoals zo vaak, blijkt maar weer dat het heelal ons geweldige laboratoria levert waarmee we de natuurkunde kunnen testen en uitbreiden op manieren die op aarde onmogelijk zijn.”

Onderstaand filmpje legt het principe nog eens uit:

Bronnen: persbericht NOVA, Nature, Green Bank Observatory via EurekAlert!, University of British Columbia via EurekAlert!

Beeld: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!