Vreemd sterrenstelsel geeft Einstein gelijk

Met de enorme VLT-telescoop (Very Large Telescope) van de ESO in Chili en een reeks radiotelescopen elders ter wereld heeft een internationaal onderzoeksteam op 7.000 lichtjaar van ons een bijzonder object ontdekt: een piepkleine, maar ongewoon zware neutronenster die 25 keer per seconde om haar as tolt, en waar eens in de tweeënhalf uur een witte dwergster omheen wentelt. De neutronenster is een pulsar die aan zijn polen licht uitzendt en ook  radiogolven die met radiotelescopen op Aarde kunnen worden ontvangen.

Pulsar PSR J0348+0432 is het overblijfsel van een supernova-explosie en de zwaarste neutronenster die ooit ontdekt is. Hij is tweemaal zo zwaar als de Zon, maar slechts een diameter heeft van twintig kilometer. De zwaartekracht aan zijn oppervlak is meer dan 300 miljard keer zo sterk als die op Aarde, de materie in zijn kern is zo sterk samengeperst dat een stukje ter grootte van een suikerklontje meer dan een miljard ton weegt.

De begeleidende witte dwerg is volgens de ESO al bijna net zo exotisch: het betreft het gloeiende overblijfsel van een veel minder zware ster die zijn atmosfeer heeft afgestoten en langzaam afkoelt.

Wat zwaartekracht betreft, is PSR J0348+0432 zo extreem, zelfs in vergelijking met andere pulsars die zijn gebruikt om Einsteins algemene relativiteitstheorie nauwkeurig op de proef te stellen, dat de geleerden dachten dat de algemene relativiteitstheorie in dit geval wel eens zou kunnen tekort schieten.

Sinds Einstein de theorie in 1915 publiceerde, heeft ze alle tests doorstaan, maar geleerden weten dat ze niet het hele verhaal vertelt. De theorie is zeer goed in het beschrijven van grote, massieve systemen, maar ze is niet te verzoenen met de quantummechanica, die de eigenschappen van het hele kleine beschrijft. Wanneer iets heel klein is maar erg zwaar, zoals een zwart gat, spreken de twee theorieën elkaar tegen en kunnen de geleerden geen natuurkundige beschrijving geven. Ook deze pulsar is erg klein (hij is zo klein dat hij op de voorstellingen niet op schaal getekend is), maar wel erg zwaar.

Die algemene relativiteitstheorie stelt dat de zwaartekracht van massieve objecten een kromming van de ruimte-tijd veroorzaakt, waardoor andere objecten en zelfs licht, een kromme baan volgen als ze in de buurt passeren. De theorie voorspelt voorts dat een dubbelsysteem als PSR J0348+0432 zwaartekracht-energie zal uitstralen in de vormen van rimpels in de ruimte-tijd, die zwaartekrachtgolven genoemd worden. Daardoor verliest het systeem energie. Dat leidt ertoe dat de afstand tussen de beide objecten heel langzaam verkleint en dat de omlooptijd van de witte dwerg rond de pulsar afneemt.

De algemene relativiteitstheorie en alternatieve theorieën geven lichtjes uiteenlopende voorspellingen voor de vermindering. Maar waarnemingen van de witte dwerg toonden een verandering in de omlooptijd van 8 miljoenste van een seconde per jaar aan en dat is precies wat Einsteins theorie voorspelt. Daarmee heeft de algemene relativiteitstheorie haar zwaarste test tot nu doorstaan.