Metingen aan een zwaar sterrenstelsel met een sterke zwaartekrachtlens bevestigen voorspellingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Dit concluderen sterrenkundigen door de opnames van twee telescopen te vergelijken.

Afbeelding van de zwaartekrachtlens ESO325-G004 door de Hubble-ruimtetelescoop. Bron: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI / AURA).

In de algemene relativiteitstheorie beschrijft Einstein zwaartekracht als de kromming van de ruimtetijd onder invloed van massa. De theorie is al geslaagd voor nauwkeurige tests op de schaal van het zonnestelsel. Nu hebben sterrenkundigen de theorie van Einstein voor het eerst ook op de grote schaal van een sterrenstelsel getest.

'Het is bizar dat wiskunde zo machtig is'
LEES OOK
'Het is bizar dat wiskunde zo machtig is'

Een paar weken geleden trotseerde Einsteins theorie ook al een beproeving met nauwkeurige klokken. De algemene relativiteitstheorie blijft keer op keer slagen.

Sterrenstelsel ESO 325-G004

De test deden de onderzoekers door met twee telescopen, op twee verschillende manieren de massa te bepalen van ESO 325-G004. Dit superzware, elliptische sterrenstelsel bevindt zich in het sterrenbeeld Centaur.

Met de Very Large Telescope (VLT) maten ze de massa door te kijken naar de snelheid van sterren in het stelsel. Hoe sneller de sterren bewegen, hoe meer massa het stelsel bevat. Anders zouden de snelle sterren uit hun baan vliegen.

Voorbeeld van een duidelijk zichtbare Einsteinring die ontstaat door de zwaartekrachtlens van sterrenstelsel LRG 3-757. Vastgelegd door de Hubble-ruimtetelescoop. Bron: ESA/Hubble & NASA.

De tweede massameting is gedaan met opnames van de Hubble-ruimtetelescoop. Hiermee keken ze naar een bijzonder verschijnsel rondom het sterrenstelsel: de Einsteinring. Deze ring ontstaat doordat het licht van sterrenstelsels achter het lensstelsel, afgebogen wordt door de zwaartekracht van het lensstelsel. Dit lensachtige verschijnsel, genaamd zwaartekrachtlens, is alleen zichtbaar bij zware sterrenstelsels.

‘Het is lastig om een zwaar lensstelsel te vinden’, zegt Thomas Collett van de University of Portsmouth in Engeland. ‘Er zijn er maar een paar honderd bekend. En de meeste staan te ver weg om goede metingen mee te doen.’ ESO 325-G004 ligt vlakbij, op ‘slechts’ 450 miljoen lichtjaar afstand.

Einsteins gelijk

De lenswerking is in dit onderzoek cruciaal om Einsteins theorie te testen. Die theorie beschrijft namelijk hoe de kromming van het licht in de ring afhangt van de massa van het lensstelsel. De sterrenkundigen gebruikten de theorie om de massa te berekenen uit de grootte van de ring, de afstand tot het lensstelsel en de afstand tot een achtergelegen stelsel waarvan het licht de ring vormt.

LEESTIP: In het Pocket Science-deel Ruimtetijd vertelt Yannick Fritschy op toegankelijke wijze hoe Einstein ruimte en tijd bijeenbracht. Tijdelijk voor maar €7,50Bestel het boek in onze webshop

Als Einstein gelijk heeft, dan komt de massa die berekend is met sterbewegingen (via de VLT) overeen met de massabepaling met de Einsteinring-metingen (door de Hubble-ruimtetelescoop). Om te bepalen of de massa’s overeen komen, berekenden de sterrenkundigen de waarde van de zogoemde γγ is gerelateerd aan de verhouding tussen de massa’s. Als Einstein gelijk heeft, dan geldt: γ = 1. De sterrenkundigen vonden γ = 0,97 met een onzekerheid van ± 0,09. Dus: binnen een onzekerheid van ruim 9 procent klopt Einsteins algemene relativiteitstheorie.

‘Het is een interessant onderzoek met een goed uitgevoerde analyse’, zegt Alessandra Silvestri van de Universiteit Leiden, niet betrokken bij het onderzoek. ‘Het laat zien dat op de schaal van enkele duizenden lichtjaren, op een afstand van een paar miljoen lichtjaar, de verhouding goed overeenkomt met Einsteins voorspelling.’

Alternatieve zwaartekrachttheorieën

Deze bevinding kan slecht nieuws zijn voor alternatieve zwaartekrachttheorieën. ‘Sommige alternatieve theorieën proberen de versnelde uitdijing die we zien in het heelal te verklaren zonder de donkere energie die nodig is in de algemene relativiteitstheorie’, zegt Margot Brouwer van de Rijksuniversiteit Groningen. Brouwer was niet betrokken bij het onderzoek. ‘De meeste alternatieven verschillen van Einsteins theorie op grote schaal.’

‘De schaal waarop het onderzoek alternatieve modellen kan uitsluiten is voor kosmologische begrippen nog klein’, zegt Silvestri. Het is dus een stap in die richting, maar dit onderzoek sluit nog geen specifieke alternatieve modellen uit.

Brouwer werkt aan manieren om de alternatieve zwaartekrachttheorie van hoogleraar Erik Verlinde te testen. Hoe komt die uit deze test? ‘Het model van Verlinde is nog niet ver genoeg uitgewerkt om voorspellingen te doen over de afbuiging van licht, maar hij verwacht dat zijn waarde voor γ hetzelfde zal zijn als in Einstein’s theorie.’, zegt Brouwer.

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder: