Diep in het heelal krijgt Einstein gelijk

Astronomie Ook diep in het heelal geldt de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Dat is aangetoond met metingen aan een enorme zwaartekrachtlens.

Foto: ESA/Hubble & NASA

Waarnemingen van een sterrenstelsel op ongeveer 500 miljoen lichtjaar van de aarde bevestigen dat de zwaartekracht zich houdt aan de ‘spelregels’ die Albert Einstein in 1915 heeft geformuleerd. Nooit eerder werd diens algemene relativiteitstheorie met één ver sterrenstelsel zo nauwkeurig getoetst.

De waarnemingen zijn gedaan door een internationaal team van astronomen, onder wie de Nederlander Remco van den Bosch, werkzaam bij het Max-Planck-Institut für Astronomie. De publicatie stond vrijdag in Science. Daarbij is gebruik gemaakt van zowel de Hubble-ruimtetelescoop als de Europese Very Large Telescope (VLT) in het noorden van Chili.

Met deze instrumenten is op twee manieren gekeken naar ESO325-G004, een kolossaal elliptisch sterrenstelsel in het zuidelijke sterrenbeeld Centaurus. In 2005 werd bij analyse van een Hubble-opname van dit stelsel ontdekt dat het een zogeheten zwaartekrachtlens is.

Lees ook: Biljoenen planeten bij ver sterrenstelsel

De enorme massa van het stelsel vervormt de omliggende ruimte zodanig, dat het licht van verder weg staande objecten wordt afgebogen en versterkt – net alsof het door een lens is gegaan. In dit geval is daarbij een zo goed als compleet ringvormig beeld van een ongeveer 11 miljard lichtjaar ver dwergsterrenstelsel ontstaan: een ‘Einsteinring’. Het dwergstelsel staat vanaf de aarde gezien vrijwel recht achter het ‘lensstelsel’ ESO325-G004.

Roodverschuiving

Volgens de algemene relativiteitstheorie is de grootte van zo’n Einsteinring afhankelijk van – kort samengevat – de massa van het lensstelsel en de onderlinge afstanden tussen waarnemer, lensstelsel en achtergrondstelsel. Deze afstanden worden berekend aan de hand van de roodverschuivingen van de beide sterrenstelsels – het naar langere golflengten opschuiven van lijnen in hun spectra ten gevolge van de uitdijing van het heelal. Het effect is vergelijkbaar met het Dopplereffect dat we horen bij naderende of verdwijnende brandweerwagensirenes.

In principe kan de massa van het lensstelsel worden afgeleid uit de berekende afstanden van de betrokken sterrenstelsels en de grootte van de Einsteinring. Maar hoe weet je of de aldus bepaalde massa – en daarmee impliciet ook de algemene relativiteitstheorie – klopt? Dat kan door de massa van het lensstelsel nog op een andere manier te bepalen.

Daarvoor is de VLT gebruikt. Met deze grote telescoop is gemeten hoe snel de sterren in het sterrenstelsel ESO325-G004 bewegen. Hoe groter die snelheden zijn, des te meer massa moet er aanwezig zijn om de sterren in hun omloopbanen te houden. Resultaat was dat de massabepalingen – binnen de meetnauwkeurigheid – met elkaar in overeenstemming zijn.

In de loop van de jaren is de algemene relativiteitstheorie vaker op de proef gesteld. De ruimtesonde Cassini mat in 2003 hoe sterk radiosignalen van de aarde, die van hem uit gezien vlak langs de zon scheerden, door deze laatste werden afgebogen. Ook voor deze veel nauwkeurigere test is de theorie geslaagd.

    • Eddy Echternach