Cassini bevestigt relativiteitstheorie met ongekende precisie

Dankzij het ruimtevaartuig Cassini is de Algemene Relativiteitstheorie met niet eerder vertoonde nauwkeurigheid beproefd – en in orde bevonden. In vergelijking met eerdere tests gaat het om een verbetering met een factor 50 (Nature, 25 sept.).

Einsteins theorie van de zwaartekracht, opgesteld in 1915, voorspelt dat licht (elektromagnetische golven) dat vlak langs de zon scheert een afbuiging én een vertraging ondergaat. Het gaat om een minuscuul effect dat zijn oorzaak vindt in de kromming van de ruimtetijd in de directe nabijheid van zware massa's. Tijdens een zonsverduisteringexpeditie in 1919 werd het effect door de Britse sterrenkundige Eddington bevestigd, waarmee Einsteins doorbraak naar het grote publiek een feit was. Ook latere experimenten steunden Einstein, waarbij de nauwkeurigheid klom naar 0,1 procent.

Drie Italiaanse astrofysici hebben deze marge nog eens flink weten terug te schroeven. Daarbij keken ze niet naar de afbuiging maar naar de verandering in frequentie: het Dopplereffect. Hun waarnemingen maakten gebruik van Cassini, de satelliet die na een reis van zeven jaar komende maand juli bij Saturnus hoopt aan te komen. Juni vorig jaar stonden aarde, zon en Cassini op één lijn en door te meten hoe radiogolven die tussen het grondstation in Californië en de Cassini-antenne heen en weer liepen in frequentie veranderden, konden de Italianen nagaan of de voorspelling van de Relativiteitstheorie strookte met de uitkomsten van het experiment. De methode, waarbij frequentieverschuivingen van 1 op 100 biljoen konden worden vastgesteld, was tot voor kort onbruikbaar vanwege de ruis waarmee de corona, de hete buitenmantel van de zon, het signaal overspoelde. Dat probleem wisten de Italianen als eersten te omzeilen.

Uit de gemeten frequentieverschuiving, na correcties voor de aardatmosfeer en niet-gravitatiekrachten op de Cassini, bepaalden de onderzoekers de waarde van . Die parameter is 1 in de Relativiteitstheorie en 0 in de newtoniaanse fysica. De uitkomst: 1 + (2,1 ± 2,3) 10. Anders gezegd: Einstein heeft het binnen een marge van 1 op de 50.000 bij het rechte eind. Dat is zo nauwkeurig dat afwijkingen van de Algemene Relativiteitstheorie die sommige kosmologische theorieën voorspellen in beeld beginnen te komen – als ze er zijn.