Ster scheert rakelings langs zwart gat Melkweg en bevestigt relativiteitstheorie Einstein

Met met infraroodinstrumenten op de VLT-spiegeltelescoop in Chili hebben Europese astronomen een ster zo dicht langs het reusachtige zwarte gat in het centrum van de Melkweg zien scheren dat de wetten van Newton niet langer opgaan. De relativiteitstheorie van Einstein daarentegen houdt zich kranig, zeggen de betrokken wetenschappers.

Donderdagmiddag maakte het Europese Zuidelijke Observatorium (ESO) dat bekend op een persconferentie in Garching, Duitsland. Het betreffende sterretje in sterrenbeeld boogschutter, prozaïsch S2 genaamd, werd door astronomen al een kwart eeuw met verschillende instrumenten gevolgd in zijn elliptische baan. De laatste jaren kan dat met nieuwe infrarode observatietechnieken heel precies.

‘We hebben ons intensief voorbereid op deze gebeurtenis, die de kans bood om relativistische effecten te zien’, zei teamleider Reinhard Genzel van het Max Planck Institute in Garching. Dat is gelukt in wat ESO-directeur Gabriel Garcons een ‘natuurlijk laboratorium voor relativiteit’ noemde.

26 duizend lichtjaar weg

Er zijn radiotelescopen nodig omdat het centrum van de Melkweg, pakweg 26 duizend lichtjaar van de aarde, schuilgaat achter stofwolken in het heelal. Licht komt daar niet doorheen, maar infrarood wel.

De doorslaggevende metingen werden gedaan met nieuw ontwikkelde infraroodinstrumenten op de telescopen in Chili. Die konden onder meer zien hoe het sterlicht van S2 door de extreme zwaartekracht wordt opgerekt naar langere golflengtes, de zogeheten gravitationele roodverschuiving. Ook zijn er aanwijzingen dat de ellipsbaan zelf langzaam draait, een andere voorspelling van Einsteins relativiteit.

In mei van dit jaar passeerde S2 op slechts 120 keer de afstand tussen de aarde en de zon langs het superzware zwarte gat. Voor astronomische begrippen is dat rakelings. Dat gat weegt zo’n vier miljoen zonsmassa’s en veroorzaakt op die afstand 40 duizend keer meer zwaartekracht dan waarmee de zon aan de aarde trekt.

14 keer zo zwaar als de zon

De ster S2, die ongeveer 14 keer zo zwaar is als de zon en in 16 jaar om het Melkwegcentrum draait, beweegt dan met ongeveer 3 procent van de lichtsnelheid. Bij zulke snelheden beginnen afwijkingen van Newtons theorie al meetbaar te worden.

Hoogleraar zwaartekrachtfysica Chris Van Den Broeck van de Universiteit Groningen is enthousiast over de waarnemingen van de astronomen. ‘Zo secuur een sterretje in zijn bewegingen volgen op die afstanden en door zo veel stof is razend knap, al moet je natuurlijk wel het geluk hebben zo’n systeem te vinden.’

Dat de waarnemingen volledig in lijn zijn met Einsteins Algemene Relativiteitstheorie uit 1915 noemt hij niet heel verrassend. De omstandigheden bij de sterpassage zijn heftig, maar veel minder extreem dan bijvoorbeeld bij botsende zwarte gaten waarvan sinds kort de zwaartekrachtgolven kunnen worden gemeten.

Botsende neutronensterren

Van Den Broeck: ‘Als deze waarnemingen afwijkingen van Einsteins theorie zouden geven, hadden we dat zeker al aan de metingen van LIGO/Virgo moeten zien.’

Van Den Broeck was in 2016 een van de onderzoeksleiders bij de ontdekking van rilling van Einsteins ruimtetijd met behulp van twee gigantische winkelhaakvormige detectoren in de VS, LIGO genaamd. Die golf was veroorzaakt door twee botsende zwarte gaten, op 1,5 miljard lichtjaar van de aarde.

Sindsdien is mede door de Europese Virgo-detector in Pisa een half dozijn gravitatiegolven gedetecteerd, de laatste van twee botsende neutronensterren. Nederland is één van de initiatiefnemers van een nog groter internationaal observatorium voor zwaartekrachtgolven. Het Drielandenpunt bij Vaals in Limburg geldt als een potentiële bouwlokatie voor deze Einstein Telescope.

_{Aanvullingen en verbeteringen: in een eerdere versie van dit artikel stond dat astronomen ster S2 volgden in zijn baan rond het zwarte gat middenin de Melkweg met radiotelescopen. Dat is niet juist: S2 werd gevolgd met infraroodinstrumenten op de VLT-spiegeltelescoop in Chili.}