De ruimte draait mee/STERRENKUNDE

De wind die in een cirkel rond een draaimolen waait, heeft een kosmische tegenhanger. Italiaanse en Amerikaanse sterrenkundigen hebben vorige week bekendgemaakt dat ze die tegenhanger, die al was voorspeld op basis van Einsteins algemene relativiteitstheorie, voor het eerst hebben gezien in de buurt van neutronensterren en zwarte gaten. Terwijl die zware, compacte hemellichamen om hun as tollen, sleuren ze de ruimte zelf een stukje met zich mee.

Dat neutronensterren en zwarte gaten dat doen leiden de onderzoekers, Luigi Stella van de Sterrenwacht van Rome en Wei Cui van het Massachusetts institute of technology, af uit de straling die wordt uitgezonden door schijven van gas rond de hemellichamen.

Het gas in die schijven wordt onafwendbaar naar het centrum getrokken en wordt daarbij steeds heter. In het centrum van de schijf wordt het gas zo heet, miljoenen graden, dat het geen licht meer uitzendt, maar röntgenstraling. Sinds 1995 draait er een satelliet rond de aarde, de Rossi X-ray timing explorer, die nauwkeurige waarneming mogelijk maakt van variaties in de sterkte daarvan.

Vorige week vrijdag presenteerden de onderzoekers, op een vergadering van de American astronomical society in Estes Park in Colorado, resultaten die twee jaar geleden nog niemand voor mogelijk hield. Ze hadden variaties in de röntgenstraling gemeten die wijzen op het Lense-Thirring effect, een verschijnsel dat in 1918 door twee Oostenrijkse natuurkundigen is afgeleid uit de toen piepjonge algemene relativiteitstheorie van Einstein.

Volgens die theorie is de zwaartekracht niet wat hij schijnt. In plaats van een kracht die door de ruimte 'springt' van het aantrekkende voorwerp naar het aangetrokken voorwerp, is het een vervorming van de ruimte zelf. Zoals een tennisbal die op een zachte bank ligt naar je toerolt als je gaat zitten, zo maakt de aarde een deuk in de ruimte die ervoor zorgt dat de maan in de buurt blijft.

Een van de eerste successen van die nieuwe zwaartekrachtstheorie was het verklaren van een kleine verschuiving van jaar tot jaar van de baan van Mercurius. En dat juist Mercurius de theorie 'bewees', de planeet die het dichtst bij de zon zijn baantje trekt, was niet voor niets: elke nieuwe theorie in de natuurkunde moet in zijn uitkomsten lijken op de theorie die hij vervangt, want die voldeed immers jarenlang prima. Alleen in extreme gevallen mag er verschil zijn en dan moet de nieuwe het beter doen.

In zwaartekrachtszaken betekent 'extreem' dichtbij grote massa's. De afwijking zou groter zijn als de zon een zwaardere ster was, of wanneer de zon even zwaar was maar kleiner en Mercurius er nog dichterbij stond, in een nog sterker gekromde ruimte.

Daarom zochten de röntgenwaarnemers die vrijdag hun resultaten presenteerden naar het Lense-Thirring effect in de buurt van compacte objecten: neutronensterren en zwarte gaten. Beide zijn ineengestorte sterren. In het eerste geval zit de massa van bijna twee zonnen opeengepakt in een soort super-atoomkern met een diameter van een kilometer of tien.

In het tweede geval zitten meerdere, soms zelfs tientallen zonsmassa's in een nog veel kleiner gebiedje. De materie daarin heeft de zwaartekracht niet kunnen weerstaan en wat er is overgebleven is in feite een speciaal stukje ruimte waarvan weinig meer te zeggen is dan dat het erg zwaar is.

Door naar röntgenstraling te kijken, bestudeerden de onderzoekers gassen die zich erg dicht bij die compacte objecten bevinden: ideale omstandigheden om het door Lense en Thirring voorspelde effect te zien.

Luigi Stella en zijn collega Mario Vietri bekeken vijftien neutronensterren en pasten de wiskunde van de relativiteitstheorie toe. Als het gas en een ster precies in hetzelfde vlak draaien, is er niets bijzonders te zien. Maar als de schijf van gas iets scheef ligt ten opzichte van de evenaar van de ster, verandert dat.

Volgens het Lense-Thirring effect trekt de ster de ruimte vlak in de buurt een beetje mee met zijn draaiing. Daarmee trekt hij aan de scheve schijf met gas, en het vlak waarin dat gas om de ster draait gaat wiebelen: het krijgt een precessie, de beweging die een tol maakt wanneer hij begint om te vallen.

Bij drie van zijn neutronensterren vond Stella een extra variatie in het röntgenlicht in het voorspelde ritme. Iets soortgelijks deed Wei Cui met zwarte gaten met een gasschijf eromheen.

Met enige moeite kunnen voor de gemeten variaties ook nog wel andere verklaringen worden gevonden. Cui en Stella zeggen braaf dat er nog meer waarnemingen moeten worden gedaan om zeker te kunnen zijn dat het Lense-Thirring gedetecteerd is, maar ze lijken zich weinig zorgen te maken.

En anders kan de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie Nasa nog uitkomst brengen: die lanceert over enkele jaren een satelliet voor zwaartekrachtmetingen rond de aarde. Die is zo nauwkeurig, dat hij het meeslepen van de ruimte rond onze eigen planeet zou moeten kunnen meten.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden