Sterrentrio met neutronenster test Einsteins equivalentieprincipe

Twee witte dwergsterren en een neutronenster tonen aan dat in het luchtledige alle voorwerpen even snel vallen, ongeacht gewicht of samenstelling. Dit werd al voorspeld door Galileo, en Einstein beschreef het in zijn equivalentieprincipe.

Kunstenaarsimpressie van het drie sterren systeem (PSR J0337+1715), op ongeveer 4.200 lichtjaar afstand. Dit systeem biedt een natuurlijk laboratorium om zwaartekrachttheorieën te testen. Bron: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Sterrenkundigen van onder andere het Nederlands instituut voor radioastronomie ASTRON hebben zes jaar lang gekeken naar de complexe dans van het sterrentrio. Met hun observaties tonen ze aan dat de neutronenster en een lichtere witte dwergster even snel naar een tweede witte dwergster toe vallen. Het is voor het eerst dat het equivalentieprincipe getest is in zulke extreme omstandigheden.

Dat alle objecten even snel vallen werd eerder al aangetoond in ons zonnestelsel en in laboratoria met verschillende vallende voorwerpen. De meest bekende demonstratie ervan was in 1971. Toen liet Apollo 15-astronaut David Scott in het luchtledige op de maan een hamer en een veer vallen, die tegelijkertijd het maanoppervlak raakten.

Vallende sterren

Het geteste sterrentrio staat op ongeveer 4.200 lichtjaar afstand. Het bestaat uit een neutronenster en een witte dwergster die in 1,6 dagen om elkaar heen draaien. Op een flinke afstand van die twee draait in 327 dagen nog een witte dwergster.

‘Het is belangrijk om te weten dat Einsteins principe ook standhoudt bij extreme zwaartekracht, zoals bij neutronensterren’, zegt Anne Archibald van ASTRON. Volgens sommige alternatieve zwaartekrachttheorieën verandert de snelheid waarmee voorwerpen vallen namelijk bij dergelijke extreme zwaartekracht. ‘Het is lastig om alternatieven helemaal uit te sluiten. Maar we hebben nu aangetoond dat als de valsnelheid van de witte dwergster en de neutronenster toch verschilt, het verschil dan heel klein is. Zo klein dat we het niet hebben kunnen meten.’ Dat betekent dat alleen alternatieven die veel op Einsteins theorie lijken nu nog kans maken.

Pulserende pulsar

De sterrenkundigen konden de beweging van de drie sterren heel nauwkeurig bepalen omdat de neutronenster een pulsar is. Dit is een snel ronddraaiende ster die straling uitzendt in de vorm van jets. Als je in de baan van een van die jets zit vang je met extreme regelmaat pulsen van die straling op. Het is te vergelijken met de lichtpulsen die je ziet van een ronddraaiende vuurtoren.

‘Omdat die pulsen zo regelmatig zijn, kunnen we heel precies de beweging van de pulsar meten’, zegt Archibald. ‘Als de pulsar van ons af beweegt, neemt de frequentie van de pulsen namelijk af; als de pulsar naar ons toe beweegt, neemt de frequentie ervan toe.’ Uit de beweging van de pulsar konden de onderzoekers de beweging van de witte dwergsterren afleiden.

Bijzondere test

‘De onderzoekers doen verslag van een bijzondere test van het equivalentieprincipe’, schrijft Clifford Will van de University of Florida, niet betrokken bij dit onderzoek, in Nature. ‘Ze tonen aan dat hun resultaten nieuwe, strengere beperkingen opleggen aan alternatieven.’

Het is bijzonder dat de onderzoekers deze metingen konden doen. ‘Het sterrentrio is een uniek systeem’, zegt Archibald. ‘Als een ster eindigt als neutronenster, heeft hij eerst een supernova-explosie doorgemaakt. Nabije sterren worden door die explosie vaak weggeblazen. Maar deze witte dwergen hebben stand gehouden. Dit is het enige bekende trio met een neutronenster.’

Over een paar jaar start de radiotelescoop Square Kilometre Array (SKA). ‘De kans is groot dat deze telescoop veel nieuwe pulsars en hopelijk ook nieuwe drie-ster-systemen met pulsar vindt’, zegt Archibald. ‘Met meer systemen kunnen we onze metingen nog preciezer maken.’

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Over de auteur

Dorine Schenk

Dorine Schenk is freelance wetenschapsjournalist voor o.a. NRC en New Scientist. Ze studeerde (astro-)deeltjesfysica aan de Universiteit van Amsterdam. Daarnaast houdt ze van hardlopen. Volg haar op Twitter via @dorineschenk.



Plaats een reactie