Een uniek en exotisch laboratorium op ongeveer 6.800 lichtjaar van de aarde helpt astronomen op aarde om Albert Einsteins theorie van algemene relativiteitstheorie te testen op manieren die tot nu toe niet mogelijk waren. En de waarnemingen komen exact overeen met voorspellingen van algemene relativiteitstheorie, zeggen wetenschappers in een paper dat zal worden gepubliceerd in het nummer van 26 april van het tijdschrift Wetenschap.
Met behulp van ESO's Very Large Telescope samen met andere radiotelescopen, zegt John Antoniadis, een promovendus aan het Max Planck Institute for radio Astronomy (MPIfR) in Bonn en hoofdauteur van de paper, dat het bizarre paar sterren een uitstekende testcase is voor fysica.
"Ik observeerde het systeem met ESO's Very Large Telescope, op zoek naar veranderingen in het licht dat door de witte dwerg wordt uitgezonden als gevolg van zijn beweging rond de pulsar", zegt Antoniadis. “Door een snelle analyse ter plaatse realiseerde ik me dat de pulsar een behoorlijk zwaargewicht was. Het is tweemaal de massa van de zon, waardoor het de meest massieve neutronenster is die we kennen en ook een uitstekend laboratorium voor fundamentele fysica. ”
Het vreemde paar bestaat uit een kleine en ongewoon zware neutronenster die 25 keer per seconde ronddraait. De pulsar, PSR J0348 + 0432 genaamd, is het restant van een supernova-explosie. Tweemaal zo zwaar als onze zon, zou de pulsar passen binnen de grenzen van het grootstedelijk gebied van Denver; het is slechts 20 kilometer breed of ongeveer 12 mijl. De zwaartekracht van deze vreemde ster is meer dan 300 miljard keer sterker dan op aarde. In het midden, waar de intense zwaartekracht de materie nog strakker tegen elkaar drukt, zou een blok met suikerklontjes van meer dan een miljard ton wegen. Slechts drie andere pulsars buiten bolhopen draaien sneller en hebben kortere perioden.
Bovendien zwaait een veel grotere witte dwerg, de extreem hete, uitgebrande kern van een zonachtige ster, elke 2,5 uur rond J0348 + 0432.
Als gevolg hiervan beseften radioastronomen Ryan Lynch en collega's die de pulsar in 2011 ontdekten, dat het paar wetenschappers in staat zou stellen om zwaartekrachttheorieën te testen die voorheen niet mogelijk waren. Einsteins algemene relativiteitstheorie beschrijft de zwaartekracht als een kromming in de ruimtetijd. Als een bowlingbal genesteld in een uitgerekt laken, buigt en vervormt de ruimtetijd in aanwezigheid van massa en energie. De theorie, gepubliceerd in 1916, heeft alle tests doorstaan tot de eenvoudigste verklaring voor waargenomen astronomische verschijnselen. Andere theorieën over zwaartekracht maken verschillende voorspellingen, maar deze verschillen zouden zich alleen openbaren in extreem sterke zwaartekrachtvelden die niet in ons zonnestelsel voorkomen. J0348 + 0432 bood de mogelijkheid om de theorie van Einstein in detail te bestuderen.
Speler laden…
Deze video toont een artistieke impressie van het exotische dubbele object PSR J0348 + 0432. Dit systeem straalt zwaartekrachtstraling of rimpels uit in de ruimtetijd. Hoewel deze golven nog niet rechtstreeks door astronomen op aarde kunnen worden gedetecteerd, kunnen ze indirect worden gedetecteerd door de verandering in de baan van het systeem te meten terwijl het energie verliest. Krediet: ESO / L.Calçada
Het team van Antoniadis combineerde waarnemingen van de witte dwerg van de Very Large Telescope van de European Southern Observatory met de precieze timing van de pulsar van andere radiotelescopen, waaronder de Green Bank Telescope in West Virginia, de Effelsberg 100 meter radiotelescoop in Duitsland en de Arecibo Observatory in Puerto Rico. Astronomen voorspellen dat zulke nabije pulsar-binaries zwaartekrachtgolven uitstralen en in de loop van de tijd minieme hoeveelheden energie verliezen, waardoor de omloopperiode van de witte dwerggenoot lichtjes verandert. De astronomen ontdekten dat de voorspellingen voor deze verandering nauw overeenkwamen met die van de algemene relativiteitstheorie, terwijl concurrerende theorieën verschillend waren.
"Onze radio-observaties waren zo nauwkeurig dat we al een verandering in de omlooptijd van 8 miljoenste van een seconde per jaar hebben kunnen meten, precies wat de theorie van Einstein voorspelt", zegt Paulo Freire, een ander teamlid, in het persbericht.
Bronnen:
ESO: Einstein had gelijk - tot nu toe
Astrophysical Journal: The Green Bank Telescope 350 MHz Drift-scan Survey II: Data-analyse en de timing van 10 nieuwe pulsars, inclusief een relativistisch binair getal
Aspen Center for Physics Physical Application of Millisecond Pulsars meeting januari 2013: The Compact Relativistic Binary PSR J0348 + 0432
