Astronomen hebben een onverwachte asymmetrie gevonden bij sterren die uit hun clusters ontsnappen. Die kan niet gemakkelijk verklaard worden met de zwaartekrachtstheorie van Einstein.
Een vreemd effect in clusters van sterren, zogeheten sterrenhopen, stelt onze ideeën over de zwaartekracht ter discussie. De sterrenhopen lijken een onverwachte asymmetrie te vertonen. Dat gedrag past beter bij de alternatieve zwaartekrachtstheorie MOND (MOdified Newtonian Dynamics, ofwel ‘aangepaste newtoniaanse dynamica’), dan bij de algemeen aanvaarde theorieën van Albert Einstein.
Sterrenhopen, die om het centrum van hun sterrenstelsel bewegen, lijken twee staarten te hebben. Een loopt voor de sterrenhoop uit, de ander komt erachteraan. De staarten bestaan uit sterren die iets sneller of langzamer bewegen dan de sterrenhoop als geheel.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Staarten
De voorste staart van de sterrenhoop bestaat uit sterren die iets dichter bij het centrum van het sterrenstelsel staan en dus iets sneller bewegen. De achterste staart bestaat uit sterren die daar iets verder vanaf staan, en achterop raken. Bij de standaard zwaartekrachtstheorie zouden we verwachten dat deze twee staarten ongeveer gelijk in grootte zijn. Als sterren binnen de bulk van de sterrenhoop heen en weer kaatsen, is de kans dat ze in een van beide staarten terechtkomen immers even groot.
Maar toen astronoom Pavel Kroupa van de universiteit van Bonn en zijn collega’s drie sterrenhopen onderzochten, ontdekten zij dat dit niet waar is. De voorste staarten bevatten allemaal meer sterren dan de achterste. De onderzoekers voerden een reeks simulaties uit, en ontdekten dat deze asymmetrie overeenkwam met de voorspellingen van MOND.
Deuren
Door de manier waarop zwaartekrachtseffecten in MOND met elkaar samenhangen, zijn de krachten die sterren naar het centrum van het sterrenstelsel trekken, en dus naar de voorste staart, iets sterker dan bij Einsteins zwaartekrachtstheorie. ‘Het is alsof er twee deuren zijn om aan de bulk van de sterrenhoop te ontsnappen. Sterren kunnen alleen door de deuren als ze de juiste richting en de juiste energie hebben – anders blijven ze gewoon rondkaatsen binnen de bulk van de sterrenhoop’, zegt Kroupa, ‘en in MOND is de voordeur groter.’
In de simulaties had dit verschijnsel ook gevolgen voor de sterrenhoop als geheel. Een overschot aan sterren in de voorste staart doet de sterrenhoop draaien en vertragen. Uiteindelijk vielen de gesimuleerde sterrenhopen uit elkaar. Bij MOND hadden ze een levensduur die 20 tot 50 procent bedroeg van die van sterrenhopen onder het gangbare zwaartekrachtsmodel. Dit komt ongeveer overeen met wat astronomen hebben waargenomen, aldus Kroupa.
Asymmetrie
Maar omdat er maar een paar sterrenhopen op dit effect zijn getest, is het te vroeg om de oude zwaartekrachtstheorie bij het grofvuil te zetten. ‘Het levert geen definitief bewijs op voor MOND’, zegt sterrenkundige Indranil Banik van de Universiteit van St. Andrews in het Verenigd Koninkrijk. ‘Deze asymmetrie is wel logischer in MOND, maar in elke individuele sterrenhoop kunnen er andere effecten spelen die dit veroorzaken. Maar het is wel een beetje onwaarschijnlijk dat dat ook in alle sterrenhopen zou gebeuren.’
Om te bewijzen dat deze asymmetrie door MOND wordt veroorzaakt, zullen we dus veel meer sterrenhopen in detail moeten observeren. Daarnaast zal de theorie ook andere kosmologische tests moeten doorstaan. Veel kosmologen staan er sceptisch tegenover. MOND lijkt niet te kloppen met waarnemingen van het heelal op de allergrootste schaal.
Ook zijn de gevolgen als MOND klopt nogal ingrijpend. ‘Dan zijn alle berekeningen over sterrenstelsels, de vorming van sterrenstelsels, de interactie tussen sterrenstelsels, en een groot deel van het hele universum, volledig verkeerd’, zegt Kroupa. ‘We zouden de kosmologie opnieuw moeten uitvinden.’ Het bewijs dat daarvoor nodig is, is meer dan een paar kromme sterrenhopen.
