Einsteins algemene relativiteitstheorie is opnieuw bevestigd, dit keer in het wiebelen van een pulsar op 25.000 lichtjaar van de aarde. Gedurende 14 jaar observeerden astronomen de draaiende neutronenster PSR J1906 + 0746.
Hun doel? Om de wiebeling of precessie te bestuderen van twee pulsars terwijl ze om elkaar heen draaien, een zeldzaam fenomeen dat wordt voorspeld door algemene relativiteitstheorie.
De astronomen, onder leiding van Gregory Desvignes van het Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Duitsland, publiceerden hun resultaten in het nummer van 6 september van het tijdschrift Science. Hun bevindingen kunnen helpen bij het schatten van het aantal van deze zogenaamde binaire pulsars in ons sterrenstelsel en de snelheid van fusies van neutronensterren, die zwaartekrachtsgolven kunnen produceren (ook voorspeld door relativiteitstheorie) die op aarde kunnen worden waargenomen.
Pulsars zijn snel ronddraaiende neutronensterren die stralen van geladen deeltjes uit hun magnetische polen stralen. Intense magnetische velden versnellen de deeltjes tot bijna de lichtsnelheid, waardoor bundels van radiogolven ontstaan die als kosmische vuurtorens de ruimte in schijnen. Met klokachtige precisie roteren pulsars tot duizenden keren per seconde, waardoor een voorspelbare puls ontstaat wanneer de stralen over de aarde zwaaien. De compacte kernen van de dode sterren proppen meer massa dan onze zon in de ruimte van een stad en zijn de meest compacte objecten in het universum - ideale proefpersonen voor de theorie van algemene relativiteitstheorie.
"Pulsars kunnen testen op zwaartekracht leveren die op geen enkele andere manier kunnen worden gedaan", aldus co-auteur Ingrid Stairs van de University of British Columbia in Vancouver, in een verklaring. 'Dit is nog een mooi voorbeeld van zo'n test.'
Algemene relativiteitstheorie, die Albert Einstein voor het eerst formuleerde in 1915, beschrijft hoe materie en energie het weefsel van ruimte-tijd vervormen om de zwaartekracht te creëren. Enorme dichte objecten, zoals pulsars, kunnen de ruimtetijd dramatisch buigen. Als twee pulsars zich in een baan rond elkaar bevinden, voorspelt de algemene relativiteitstheorie dat ze een lichte wiebeling kunnen veroorzaken als ze draaien, als een langzaam draaiende top. Dit gevolg van zwaartekracht wordt relativistische spinprecessie genoemd.
Toen astronomen PSR J1906 + 0746 in 2004 ontdekten, leek het op bijna elke andere pulsar, met twee duidelijke, gepolariseerde bundels die bij elke rotatie zichtbaar waren. Maar toen de neutronenster jaren later een tweede keer werd waargenomen, verscheen er slechts één straal. Door de observaties van 2004 tot 2018 te doorzoeken, stelde het team van Desevignes vast dat het verdwijnen van de straal werd veroorzaakt door de precessie van de pulsar.
Met behulp van de 14 jaar aan gegevens ontwikkelden ze een model van 50 jaar en voorspelden nauwkeurig het verdwijnen en opnieuw verschijnen van beide stralen uit precessie. Toen ze het model vergeleken met waarneming, kwam het precessiepercentage overeen met slechts 5% onzekerheid. De gegevens kwamen perfect overeen met de theorie van Einstein.
"Het experiment heeft veel tijd in beslag genomen", zei Michael Kramer, directeur van de onderzoeksafdeling Fundamentele Fysica van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie, in een verklaring. 'Geduldig en ijverig zijn heeft zijn vruchten afgeworpen.'
