Zware radiopulsar geeft Einstein gelijk

Het gebeurt niet alle dagen dat Einsteins gravitatietheorie een nieuwe bevestiging krijgt. Metingen op een zware radiopulsar hebben onlangs voor zo’n sensationele bevestiging gezorgd. Sedert hun spectaculaire ontdekking in 1967 door de jonge Jocelyn Bell, zijn radiopulsars welbekend – haar promotor Anthony Hewish kreeg er in 1974 de Nobelprijs voor. Het gaat om roterende neutronensterren waarin ruwweg de massa van de zon in een bol van een 20 km diameter geconcentreerd zit. Hun oriëntatie in de ruimte maakt dat een volgens hun magnetische polen gebundelde stralingskegel op regelmatige tijdstippen de aarde treft. De rotatiesnelheid van deze kosmische vuurtorens, waarvan er heden een 2000-tal bekend zijn, kan uit de aankomsttijd van de radiosignalen heel nauwkeurig gemeten worden, tot zelfs op 1 attoseconde = 10^-18 s na!

10% van deze radiopulsars maken echter deel uit van een dubbelstersysteem en draaien samen met een begeleider om een gemeenschappelijk massacentrum. Sommige pulsars werden beroemd, zo bv. Hulse-Taylor, waarmee het bestaan van gravitatiegolven werd aangetoond (Russell Hulse en Joseph Taylor, Nobelprijs 1993).

Ook hun dynamica is bijzonder interessant voor het testen van de geldigheid van de algemene relativiteitstheorie (ART). Door hun zwaarte zijn het immers objecten die draaien in een extreem sterk zwaarteveld, en in de omgeving daarvan is de ruimtetijd dus sterk gekromd, veel sterker dan bij objecten in ons zonnestelsel. Tot hiertoe deed men metingen op relatief lichte (M < 1,4 M_O) pulsars of was het dubbelstersysteem voor metingen ongeschikt. Maar in 2007 ontdekten Amerikaanse astronomen een pulsar met rotatieperiode 39 ms, die met zijn compagnon vrolijk in 2,5h om een gemeenschappelijk centrum draait. Die begeleider was het voorwerp van grondig onderzoek (met o.m. de VLT van het ESO in Chili) en uit de drukverbreding der spectraallijnen, dopplerverschuiving e.d. kwam men te weten dat het om een witte dwerg ging van 0,172M_O en dat de massa van de radiopulsar ruim 2M_O bedroeg. Uit de massa’s van dit dubbelsterstelsel kon men het energieverlies wegens het afstralen van gravitatiegolven berekenen evenals de daarmee gepaard gaande afname van de baanperiode. Deze laatste komt volgens de ART uit op 8,2 µs per jaar, en dat is precies wat gemeten werd!

Omdat zulk een zware pulsar in een diepe gravitatiepotentiaalput zit met een aanzienlijke ruimtetijdkromming, was men niet zeker of de ART daarop toepasselijk zou zijn, dan wel of er behoefte zou zijn aan alternatieve theorieën. Niet dus, de ART heeft deze test glansrijk doorstaan en alle alternatieve speculaties van tafel geveegd!

Over een 400 miljoen jaar zal de witte dwerg zo dicht bij de neutronenster genaderd zijn, dat hij door getijdenkrachten wreedaardig uiteengereten wordt. Het geheel zal dan instorten tot een zwart gat. Dat zullen we tegen die tijd dan wel in de gaten houden!

Bronnen: Science, 340, 1233232, 2013 - Sterne und Weltraum, Juni 2013, S.26-27