Astronomie Kosmische Valproef

Een neutronenster en twee witte dwergsterren bevestigen Einsteins equivalentieprincipe

Astronomen doen een kosmische valproef op 4.200 lichtjaar hier vandaan. Net als de twee kanonskogels in Galilei’s experiment in Pisa vallen hier een neutronenster en twee witte dwergsterren op identieke wijze.

Radiotelescoop van Astron in de bossen van Hooghalen naast het voormalige kamp Westerbork. Beeld Harry Cock

Galileo Galileï bewees het, in elk geval volgens de verhalen, met kogels vanaf de scheve toren van Pisa. Simon Stevin in Delft. Apollo-astronauten met een hamer en een veer op de maan. Overal geldt: zware objecten vallen even snel als lichte. Maar nu hebben ook astronomen hun eigen valproef, in een even uniek als krankjorem sterrentrio op 4.200 lichtjaar hier vandaan. En opnieuw vallen een neutronenster en twee witte dwergsterren volstrekt identiek.

‘We wisten al dat PSR J0337+1715 een verbazingwekkend systeem was, maar dat we er het fundament van Einsteins zwaartekracht zo precies mee konden testen, is heel bijzonder’, zegt post-doc Anne Archibald van het Anton Pannekoekinstituut in Amsterdam en onderzoeksinstituut Astron. De astronomen bestudeerden de beweging van de drie sterren gedurende zes jaar, onder meer met de radiotelescoop in Westerbork.

Het zogeheten equivalentieprincipe, het fundament van Einsteins zwaartekrachttheorie uit 1915, staat als een huis, concluderen ze deze week in Nature. ‘Als er al afwijkingen zijn, zijn die kleiner dan 3 op de miljoen’, zegt Archibald.

Buigen

Het equivalentieprincipe in de natuurkunde zegt dat alle objecten even snel vallen, ongeacht hun massa. Einstein realiseerde het zich wippend op een bureaustoel en leidde er zijn theorie uit af dat zwaartekracht geen eigenschap is van massieve objecten zelf, maar van de kromgebogen ruimtetijd eromheen. Dat buigen verklaart alles, van zwarte gaten tot de uitdijing van het universum, maar of de basis helemaal klopt, weet niemand.

Niet dat er niet volop aan gemeten is, ook in moderne tijden. Franse en Duitse labs doen experimenten met massa’s aan boord van een kunstmaan. Er zijn valproeven vanaf hoge torens. En Apollo-missies plaatsten reflectoren op de maan, waarmee de bewegingen van de maan en aarde rond de zon tot op centimeters gevolgd kunnen worden.

Het equivalentieprincipe doorstaat al die beproevingen vlekkeloos, maar tot nog toe ging het altijd om tests met betrekkelijk kleine massa’s. Volgens sommige theoretici zouden er wel serieuze afwijkingen kunnen optreden in de buurt van bijvoorbeeld zwarte gaten, waar ruimte en tijd extreem worden verbogen.

Radiotelescoop van Astron in de bossen van Hooghalen naast het voormalige kamp Westerbork. Beeld Harry Cock

Doet massa ertoe? 

Het drietal PSR J0337+1715 is precies het laboratorium om dat te bekijken, zegt Archibald. Er is een centrale neutronenster die als een dolle vuurtoren extreem regelmatig bundels radiosignalen uitzendt, met een witte dwerg die daar in 1,6 dagen omheen beweegt. Dat is al een mirakel, omdat de neutronenster uit een exploderende ster, een supernova, is ontstaan die kennelijk de begeleider niet meteen heeft weggeblazen.

Maar de twee samen draaien ook nog eens in een veel lomere baan om een verre andere witte dwergster. Uit het radiosignaal zijn de bewegingen van alle drie de sterren af te leiden.

Uit de jarenlange metingen met de Westerborktelescopen en collega-telescopen in Virginia, VS en op Puerto Rico blijkt op geen enkele manier dat de superzware neutronenster anders aan de verre ster trekt dan de rondzoevende witte dwerg vlakbij, concluderen Archibald en haar team in Nature. Hun massa’s doen er niet toe.

Daarmee doorstaat Einstein weliswaar een nieuwe vuurdoop, maar een aantal alternatieve theorieën voor extreme zwaartekracht is nu danig in de problemen geraakt. Sommige daarvan suggereren dat verschillende massa’s in een heel sterk zwaartekrachtveld wél verschillend zullen vallen. ‘We kunnen helaas niet keihard zeggen dat zulke alternatieven kaputt zijn’, zegt Archibald omzichtig. ‘Maar de afwijkingen kunnen niet echt belangrijk zijn.’

Hoogleraar theoretische fysica Erik Verlinde van de UvA werkt al jaren aan een eigen theorie waarin hij de wetten van Newton en Einstein afleidt in plaats van als natuurwet aanneemt. Hij noemt de precisiemetingen interessant, maar zijn eigen alternatieve theorie raken ze naar zijn idee niet. 'De verschillen tussen Einstein en mijn werk staan los van het equivalentieprincipe', zegt hij.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden