Einsteins relativiteitstheorie slaagt voor nauwkeurige ‘pulsar-duurproef’

Pulsars zijn rondtollende neutronensterren – compacte restanten van supernova-explosies die onder meer bundels radiostraling uitzenden. Deze straling wordt op de aarde waargenomen in de vorm van snelle, uiterst regelmatige pulsen. Daardoor kunnen ze gebruikt worden als astronomische klokken, en dat maakt het weer mogelijk om hun baanbewegingen heel nauwkeurig te meten.

De ‘dubbele pulsar’ die Kramer en zijn team hebben onderzocht¹ bestaat uit twee radiopulsars die met snelheden van ongeveer 1 miljoen kilometer per uur in iets minder dan twee uur om elkaar wentelen. De ene pulsar draait ongeveer 44 keer per seconde om zijn as, de andere heeft een rotatietijd van bijna drie seconden. De beide pulsars hebben ongeveer dertig procent meer massa dan onze zon, maar zijn slechts circa 24 kilometer groot.

Met behulp van zeven radiotelescopen, waaronder de Westerbork Synthese Radio Telescoop, hebben de astronomen nauwkeuriger dan ooit kunnen meten hoeveel energie de om elkaar draaiende pulsars kwijtraken doordat ze zogeheten zwaartekrachtgolven uitzenden. Dat effect was al eerder bij een andere dubbele pulsar gemeten, maar lang niet zo nauwkeurig.

Rondtollende pulsar

De meetresultaten zijn niet alleen volledig in overeenstemming met de algemene relativiteitstheorie, maar laten ook voorspelde effecten zien die niet eerder bij een pulsarsysteem waren waargenomen: de ’Shapiro-vertraging’ en de afbuiging van licht onder invloed van een sterk zwaartekrachtsveld.

Ook hebben de astronomen – met een nauwkeurigheid van 1 op een miljoen – kunnen meten hoe de oriëntatie van de baan van de snelst draaiende pulsar verandert. Deze ‘precessie’ is ook waarneembaar bij Mercurius, de binnenste planeet van ons zonnestelsel, maar dan 140.000 keer zwakker. De bereikte meetnauwkeurigheid was dermate groot dat rekening moest worden gehouden met de invloed van de rondtollende pulsar op de omringende ruimtetijd, die als het ware wordt meegesleurd: de zogeheten Lense-Thirring-precessie.

Beeld: Artist’s impression van het dubbele pulsarsysteem PSR J0737-3039 A/B, bestaande uit twee actieve pulsars die in slechts twee uur om elkaar wentelen. (Michael Kramer/MPIfR)

Noten

1. Kramer et al., Max-Planck-Institut für Radioastronomie (Duitsland) in Physical Review X