Waarnemingen van een ongewone familie van sterren, waar één pulsar en twee witte dwergen leven, hielpen wetenschappers om te bewijzen dat de zwaartekracht de tijdstroom vertraagt en de ruimte precies buigt zoals voorspeld door Einsteins relativiteitstheorie.
“We stelden de vraag“Hoe valt de bron van zwaartekracht?”Dit klinkt misschien vreemd voor een niet-geïnformeerd publiek, maar vanuit Einsteins standpunt zijn massa en energie één en hetzelfde. Als het gelijkwaardigheidsbeginsel wordt geschonden, zullen de opeenhopingen van energie, omringd door een krachtig zwaartekrachtveld, tijdens de val op een heel andere manier versnellen dan een vergelijkbare hoeveelheid energie daarbuiten”, zegt Anne Archibald van de Universiteit van Amsterdam (Nederland).
Archibald en haar collega's spraken vorige week op de jaarlijkse conferentie van de American Astronomical Society in Washington. Ze vertelden hoe ze erin slaagden waarnemingen van het unieke sterrenstelsel J0337 + 1715 in het sterrenbeeld Stier te gebruiken voor de zwaarste en meest nauwkeurige test van het zogenaamde gelijkwaardigheidsbeginsel - een van de grondslagen van Einsteins algemene relativiteitstheorie.
Dit principe, in zijn meest algemene en vereenvoudigde vorm, stelt dat lichtdeeltjes van verschillende golflengten die worden uitgezonden door een ver object in de ruimte, tegelijkertijd de aarde moeten bereiken, zelfs als ze door krachtige zwaartekrachtvelden zijn gegaan. Andere objecten van de zichtbare wereld zouden zich op dezelfde manier moeten gedragen, te beginnen met ballen en pluisjes in de experimenten van Galileo en eindigend met brokken energie.
Het gelijkwaardigheidsprincipe is al herhaaldelijk getest, zowel op aarde als in een baan om de aarde met behulp van de Amerikaanse Gravity Probe A-sonde, de Russische Radioastron en een paar Europese Galileo-satellieten. Aan de andere kant zijn wetenschappers er nog niet helemaal zeker van of het wordt waargenomen in de meest extreme hoeken van de ruimte - in de "families" van neutronensterren of in de buurt van zwarte gaten.
Archibald en haar collega's voerden de eerste dergelijke test uit door een soort zwaartekrachts "matryoshka" te observeren, een systeem van drie "dode sterren" - een pulsar en twee witte dwergen.
Een van de witte dwergen en de pulsar draaien op zo'n kleine afstand om elkaar heen dat ze voor ons nog onzichtbare, maar krachtig genoeg zwaartekrachtgolven opwekken. De situatie wordt nog gecompliceerder doordat de tweede witte dwerg rond de eerste twee sterren beweegt en periodiek hun licht verduistert.
Door deze opstelling van dit sterrenstelsel konden wetenschappers controleren of Einstein gelijk had. Het is een feit dat als het gelijkwaardigheidsprincipe niet werd nageleefd en objecten met een krachtiger zwaartekrachtveld sneller 'vielen' dan hun buren, de baan van de pulsar op een bepaalde manier gekromd zou zijn, zich uitstrekkend naar de verder weg gelegen witte dwerg en ermee in een cirkel zou bewegen …
Promotie video:
Deze krommingen zouden op hun beurt kunnen worden opgemerkt door hoe sterk de pulsarsignalen op verschillende tijdstippen worden vertraagd, wanneer het zich zogenaamd op verschillende punten van zijn langwerpige baan bevindt. Geleid door dit idee, observeerden wetenschappers J0337 + 1715 met behulp van de Amerikaanse GBT-radiotelescoop en de Gemini optische telescoop op Hawaï.
Zoals deze waarnemingen lieten zien, bereikten de signalen van de pulsar de aarde met ongeveer gelijke tijdsintervallen, wat de theorie van Einstein bevestigde met een nog steeds recordhoge meetnauwkeurigheid, die de vorige records met 50-100 keer overtrof.
Een dergelijk resultaat, zoals astronomen opmerken, stelt natuurkundigen nogmaals niet in staat om te begrijpen hoe de tegenstrijdigheden tussen de relativiteitstheorie en de kwantumfysica kunnen worden weggenomen, wat nodig is om uit te leggen wat er in zwarte gaten gebeurt en om te begrijpen hoe het universum zich in de toekomst zal ontwikkelen.
