Einsteins algemene relativiteitstheorie beschrijft de zwaartekracht in termen van de geometrie van zowel ruimte als tijd. Maar het meten van deze kromming van de ruimte is moeilijk. Wetenschappers hebben nu echter een continentale reeks radiotelescopen gebruikt om een uiterst nauwkeurige meting te doen van de kromming van de ruimte veroorzaakt door de zwaartekracht van de zon. Deze nieuwe techniek belooft een grote bijdrage te leveren aan het bestuderen van de kwantumfysica.
"Het meten van de kromming van de ruimte veroorzaakt door de zwaartekracht is een van de meest gevoelige manieren om te leren hoe Einsteins theorie van algemene relativiteitstheorie zich verhoudt tot de kwantumfysica. Het verenigen van de zwaartekrachttheorie met de kwantumtheorie is een belangrijk doel van de natuurkunde van de 21e eeuw, en deze astronomische metingen zijn een sleutel om de relatie tussen beide te begrijpen, ”zei Sergei Kopeikin van de Universiteit van Missouri.
Kopeikin en zijn collega's gebruikten het Very Long Baseline Array (VLBA) -radiotelescoopsysteem van de National Science Foundation om de buiging van licht veroorzaakt door de zwaartekracht van de zon naar binnen te meten. 30,000 3.333 (gecorrigeerd door NRAO en hier bijgewerkt op 9/03/09 - zie deze link van Ned Wright van UCLA voor meer informatie over afbuiging en vertraging van licht). Met verdere observaties zeggen de wetenschappers dat hun precisietechniek de meest nauwkeurige meting ooit van dit fenomeen kan maken.
Het buigen van sterrenlicht door zwaartekracht werd voorspeld door Albert Einstein toen hij in 1916 zijn theorie van algemene relativiteitstheorie publiceerde. Volgens de relativiteitstheorie veroorzaakt de sterke zwaartekracht van een massief object zoals de zon kromming in de nabije ruimte, waardoor het lichtpad verandert of radiogolven die dichtbij het object passeren. Het fenomeen werd voor het eerst waargenomen tijdens een zonsverduistering in 1919.
Hoewel er in de tussenliggende 90 jaar talloze metingen van het effect zijn gedaan, heeft het probleem van het samenvoegen van algemene relativiteitstheorie en de kwantumtheorie steeds nauwkeurigere waarnemingen vereist. Natuurkundigen beschrijven de ruimtekromming en zwaartekrachtlichtbuiging als een parameter genaamd 'gamma'. Einsteins theorie stelt dat gamma exact gelijk moet zijn aan 1,0.
"Zelfs een waarde die met een deel per miljoen verschilt van 1,0, zou grote gevolgen hebben voor het verenigen van de zwaartekrachttheorie en de kwantumtheorie, en dus voor het voorspellen van de verschijnselen in gebieden met een hoge zwaartekracht in de buurt van zwarte gaten," zei Kopeikin.
Om uiterst nauwkeurige metingen te doen, wendden de wetenschappers zich tot de VLBA, een continentaal systeem van radiotelescopen variërend van Hawaï tot de Maagdeneilanden. De VLBA biedt de kracht om de meest nauwkeurige positiemetingen in de lucht en de meest gedetailleerde afbeeldingen van elk astronomisch instrument te maken.
De onderzoekers deden hun waarnemingen toen de zon in oktober 2005 bijna voor vier verre quasars - verre melkwegstelsels met superzware zwarte gaten in hun kernen - passeerde. De zwaartekracht van de zon veroorzaakte kleine veranderingen in de schijnbare posities van de quasars omdat deze de radio afbuigde golven afkomstig van de verder weg gelegen objecten.
Het resultaat was een gemeten gammawaarde van 0.9998 +/- 0.0003, in uitstekende overeenstemming met Einsteins voorspelling van 1.0.
"Met meer observaties zoals de onze, kunnen we, naast complementaire metingen zoals die met NASA's Cassini-ruimtevaartuig, de nauwkeurigheid van deze meting met ten minste een factor vier verbeteren, om de beste gammameting ooit te bieden", aldus Edward Fomalont van de National Radio Astronomy Observatory (NRAO). "Aangezien gamma een fundamentele parameter is van gravitatietheorieën, is de meting ervan met behulp van verschillende observatiemethoden cruciaal om een waarde te verkrijgen die wordt ondersteund door de natuurkundegemeenschap", voegde Fomalont toe.
Kopeikin en Fomalont werkten samen met John Benson van de NRAO en Gabor Lanyi van NASA's Jet Propulsion Laboratory. Ze rapporteerden hun bevindingen in het nummer van 10 juli van het Astrophysical Journal.
Bron: NRAO
