VDL, dat is fijnmechanica, automotive, mechatronica, machinebouw en zelfs fotonica. En nog veel meer. De diversiteit in de activiteiten van de honderd bedrijven uit de VDL-groep is immens. Maar toch zullen maar weinig mensen bij VDL direct denken aan de speurtocht naar bewijzen voor de relativiteitstheorie van Albert Einstein. Ten onrechte. Door een eerder dit jaar gesloten overeenkomst tussen VDL ETG Projects en het European Southern Observatory (ESO) in Garching bij München, bouwt VDL namelijk mee aan de 1 miljard euro kostende ‘Extremely Large Telescope’ van ESO. En inderdaad, een van de doelen van dit apparaat dat over een paar jaar in het Chileense Andesgebergte moet zijn neergezet, is het zoeken naar ‘gaten’ in Einsteins meesterwerk.
Tot nu toe zijn die namelijk nog niet gevonden, zo zegt Françoise Delplancke, hoofd van de afdeling Systems Engineering bij ESO. We spraken haar en enkele ESO-collega’s naar aanleiding van hun meest recente onderzoek naar de werking van de relativiteitstheorie bij sterren in de buurt van een extreem zwaar zwart gat. Maar eerst: hoe zat het ook weer met die theorie van Einstein?
Albert Einsteins Algemene relativiteitstheorie (ART) is uiteengezet in een boek uit 1915 dat – om eerlijk te zijn – voor normale stervelingen maar moeilijk te volgen is. De ART bouwt voort op de eerder ontwikkelde relativiteitstheorie die stelt dat alles “relatief” is, dat wil zeggen dat de tijd niet altijd even snel voorbijgaat en dat een minuut soms langer en soms korter kan duren. Net als tijd zijn lengtes niet altijd gelijk en kan een meter soms langer en soms korter zijn.
De Algemene Relativiteitstheorie gaat nog een stap verder. Hier komen de zwaartekracht en kromming van ruimte en tijd in het spel. Het hangt dus af van de snelheid waarmee we bewegen, hoe snel de tijd verstrijkt of hoe lang een meter is; hoe sneller we bewegen, hoe langzamer de tijd verstrijkt. Dit deel van de theorie is al wetenschappelijk bewezen. Daar komt nog bij dat hoe verder je van de aarde komt,des te groter de effecten van tijd- en lengteverandering worden.
Wetenschappers werken al tientallen jaren aan het onderzoek naar deze relativiteitstheorie en de juistheid ervan, en na 26 jaar observatie met de telescopen van de ESO in Chili is het eindelijk gelukt om een bewijs te ‘vangen’. Waarnemingen met ESO’s Very Large Telescope laten als eerste de effecten zien die Einsteins Algemene Relativiteitstheorie voorspelde op de beweging van een ster die het extreme zwaartekrachtsveld doorkruist nabij het superzware zwarte gat in het midden van de Melkweg. (bekijk ook de video onder dit artikel)
Dit superzware zwarte gat is 26.000 lichtjaren van de aarde, in het centrum van de Melkweg, en het dichtstbijzijnde zwarte gat bij de aarde. De massa is vier miljoen keer zo groot als die van de zon en wordt omgeven door een kleine groep sterren die met hoge snelheid rond de zon draaien.
“Deze extreme omgeving – het sterkste gravitatieveld in ons melkwegstelsel – maakt het de perfecte plek om de zwaartekrachtsfysica te onderzoeken en Einsteins algemene relativiteitstheorie te testen,” zegt ESO. “Op het dichtstbijzijnde punt was de ster minder dan 20 miljard kilometer van het zwarte gat verwijderd en bewoog hij met een snelheid van meer dan 25 miljoen kilometer per uur – bijna drie procent van de lichtsnelheid.”
Nieuwe infraroodwaarnemingen van de GRAVITY, SINFONI en NACO instrumenten bij de Very Large Telescope (VLT) van ESO maakten het voor astronomen mogelijk om een van deze sterren, S2 genaamd, te volgen terwijl deze in mei 2018 door het zwarte gat ging. Het team vergeleek de positie- en snelheidsmetingen van GRAVITY en SINFONI en eerdere waarnemingen van S2 met andere instrumenten met de voorspellingen van Newtoniaanse zwaartekracht, algemene relativiteit en andere zwaartekrachttheorieën.
S2 draait eens in de 16 jaar rond het zwarte gat in een zeer excentrische baan die het 20 miljard kilometer – 120 keer de afstand van de aarde tot de zon of ongeveer vier keer de afstand van de zon tot Neptunus – van het dichtstbijzijnde punt tot het zwarte gat brengt. Deze afstand is ongeveer 1.500 keer de Schwarzschild-straal van het zwarte gat zelf.
Zwaartekracht-roodverschuiving
De nieuwe metingen laten duidelijk een effect zien dat gravitationele roodverschuiving wordt genoemd, zegt Stefan Gillesen van het Max-Planck Instituut voor Buitenaardse Natuurkunde. “Licht dat uit een gravitatieveld beweegt wordt in de ART ‘roodverschoven’. Dit geldt zowel voor licht dat we van de aarde naar boven sturen als voor het licht dat een ster verlaat – dus de zwaartekracht van het lichaam beïnvloedt de kleur van het licht dat je ver weg ziet, de golflengte wordt groter,” legt Gillesen uit.
“Bij S2 hebben we twee spelers: de ster en het zwarte gat. De ster schijnt, dus moet zijn licht eerst de ster verlaten, en dan het zwaartekrachtsveld van het zwarte gat. De zwaartekracht van de ster zelf leidt slechts tot een minimaal effect, wat niet waarneembaar is. Maar de zwaartekracht van het zwarte gat is wel waarneembaar. De golflengte verschuift met 0,07% – niet bepaald dramatisch, maar wel waarneembaar.”
“Men kan eigenlijk nooit bewijzen dat iets waar is – want misschien vindt iemand in de toekomst iets dat het tegendeel bewijst.”
Deze verandering in de golflengte van het licht van S2 is precies dezelfde als die van Einsteins Algemene Relativiteitstheorie, maar Gillesen benadrukt dat zelfs deze bevindingen nog niet kunnen worden beschreven als definitief bewijs van de juistheid van de ART.
“De wetenschap werkt door middel van tests. Men kan eigenlijk nooit bewijzen dat iets waar is – want misschien vindt iemand in de toekomst iets dat het tegendeel bewijst. Maar je kunt wel testen, dat wil zeggen nagaan of de theorie overeenstemt met de waarnemingen. Zo ja, dan kun je een vinkje zetten en doorgaan naar de volgende test. Zo niet, dan kun je de theorie misschien als onwaar afwijzen,” zegt hij. “Zo konden wij hier een vinkje zetten: De ART had ook in dit geval gelijk. Het was de eerste keer dat de roodverschuiving direct in zo’n zwaar lichaam (4 miljoen zonnemassa’s) en zo’n sterk gravitatieveld werd gedetecteerd.”
Françoise Delplancke, hoofd van de afdeling Systems Engineering bij ESO, legt het belang van de waarnemingen uit: “Hier in het zonnestelsel kunnen we de wetten van de natuurkunde alleen onder bepaalde omstandigheden testen. Daarom is het in de sterrenkunde heel belangrijk om na te gaan of deze wetten nog steeds gelden als de gravitatievelden veel sterker zijn.”
Verdere waarnemingen zouden al snel een ander relativistisch effect moeten laten zien – een kleine rotatie van de stellaire baan genaamd Schwarzschild precessie – wanneer S2 zich van het zwarte gat verwijdert, meent ESO.
Tijdreizen
Maar wie nu gelooft dat de nieuwe metingen ook aantonen dat tijdreizen mogelijk zijn als je maar snel genoeg bent, zoals Einstein al in 1905 in zijn speciale relativiteitstheorie beschreef, wordt waarschijnlijk teleurgesteld. “Nee, dit kan niet worden geïnterpreteerd als een indicatie van tijdreizen”, zegt Gillesen. “Maar deze theorie laat al zien dat je nooit informatie uit de toekomst kunt krijgen, of andersom, dat je dingen in het verleden kunt manipuleren. Zo’n tijdreis is onmogelijk”.
“Wat je van tijd tot tijd leest als speculatie is tijdreizen in de context van de algemene relativiteitstheorie. Je zou je wormgaten kunnen voorstellen die ruimte-tijdgebieden in het universum met elkaar verbinden. Dit is waarschijnlijk mogelijk in theorie, maar er is nergens een aanwijzing dat je werkelijk zulke objecten in het universum hebt”, vervolgt hij. “En het zou ook in strijd zijn met ons basisbegrip dat de oorzaak vooraf moet gaan aan het effect. Anders zou je in de logische valkuil trappen om je ouders te kunnen doden voordat je geboren wordt. Dan zou men helemaal niet geboren worden. Maar dan zou je niet in staat zijn om terug te reizen in de tijd, en zouden de ouders niet gedood worden. Maar dan zou je weer geboren worden…..”.
De metingen werden uitgevoerd door een internationaal team onder leiding van Reinhard Genzel van het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica (MPE) in Garching bij München samen met collega’s uit de hele wereld – op het Observatoire de Paris-PSL, de Université Grenoble Alpes, het CNRS. De waarnemingen, die werden uitgevoerd aan het Max Planck Instituut voor Astronomie (MPIA), de Universiteit van Keulen, het Portugese CENTRA – Centro de Astrofisica e Gravitação en het ESO, vormen het hoogtepunt van een reeks van steeds nauwkeuriger waarnemingen van het Melkwegcentrum met ESO-instrumenten over 26 jaar. En binnenkort staat dus ook VDL ETG Projects in dat rijtje van grote namen.
afbeeldingen: ESO
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
