Laat tegelijkertijd een knikker en een kanonskogel van de scheve toren van Pisa vallen en ze zullen tegelijkertijd de grond raken. Dat feit wordt verklaard door de zwaartekrachttheorie van Albert Einstein - de algemene relativiteitstheorie - die voorspelt dat alle objecten op dezelfde manier vallen, ongeacht hun massa of samenstelling.

Zelfs de aarde en de maan "vallen" op dezelfde manier naar de zon terwijl ze om elkaar heen draaien.

De theorie van Einstein heeft alle tests in laboratoria en elders in ons zonnestelsel doorstaan. Maar wetenschappers weten dat de kwantummechanica zich anders gedraagt, dus Einsteins theorie moet ergens breken. Geldt dit principe ook voor objecten met extreme zwaartekracht?

Het antwoord is ja, " volgens een internationaal team van astronomen, waaronder een van de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee. Ze hebben de vraag getest met behulp van drie sterren die om elkaar draaien in een natuurlijk "laboratorium" ongeveer 4, 200 lichtjaar van de aarde.

Bevindingen van het team, onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam en het Nederlands Instituut voor Radioastronomie (ASTRON), worden vandaag gepubliceerd in Natuur .

Drievoudig stersysteem

Hun proefpersoon is een drievoudig stersysteem genaamd PSR J0337+1715, bestaande uit een neutronenster in een baan van 1,6 dagen met een witte dwerg. Dit paar bevindt zich in een baan van 327 dagen met een andere witte dwerg verder weg.

Ongeveer zo groot als een planeet, een witte dwerg is een ster die zijn nucleaire brandstof heeft uitgeput en alleen de hete kern blijft. Terwijl witte dwergen klein en compact zijn, er gaat niets boven de dichtheid van een neutronenster, dat is een sintel dat overblijft nadat een uitgebrande ster is geëxplodeerd. De zwaartekracht heeft de enorme overblijfselen verpletterd tot een overblijfsel ter grootte van een stad.

De neutronenster wordt een pulsar wanneer hij snel draait en een sterk magnetisch veld heeft. Pulsars zenden radiogolven uit, Röntgenstralen of zelfs optisch licht bij elke rotatie.

De onderzoekers deden de meting gewoon door de neutronenster te volgen, een pulsar.

"Het draait 366 keer per seconde, en bundels radiogolven draaien mee, " zei Anne Archibald, de eerste auteur van het artikel bij ASTRON en de Universiteit van Amsterdam. "Ze vegen met regelmatige tussenpozen over de aarde, als een kosmische vuurtoren. We hebben deze radiopulsen gebruikt om de positie van de neutronenster te volgen."

Witte dwerg zwaartekracht

Als de pulsar beweegt, iets veroorzaakt het, zei David Kaplan, een universitair hoofddocent natuurkunde aan de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee en een co-auteur van het papier. "Als Einstein gelijk heeft, het moet de zwaartekracht zijn van de witte dwerg waar hij omheen cirkelt die de pulsar doet bewegen."

Het team van astronomen volgde de neutronenster zes jaar met behulp van de Westerbork Synthese Radiotelescoop in Nederland, de Green Bank Telescope in West Virginia en het Arecibo Observatorium in Puerto Rico.

Als de neutronenster anders zou vallen dan de witte dwerg, de pulsen zouden op een ander tijdstip aankomen dan verwacht. Maar voor zover de onderzoekers weten, dat is niet gebeurd. Archibald en haar collega's ontdekten dat elk verschil tussen de versnellingen van de neutronenster en de witte dwerg te klein is om te detecteren.

Dit systeem biedt de onderzoekers de mogelijkheid om de aard van de zwaartekracht veel gevoeliger te testen, zei Kaplan, wie behoorde tot de onderzoekers die voor het eerst publiceerden over het systeem dat in 2012 werd ontdekt.

"We hebben het met dit systeem beter gedaan dan eerdere tests met een factor 10, ' zei Kaplan. 'Maar het is geen ijzersterk antwoord. Het verzoenen van de zwaartekracht met de kwantummechanica is nog steeds niet opgelost."

Kan relativiteit niet negeren

Een preciezere beschrijving van de zwaartekracht is ook om andere redenen belangrijk, zei Kaplan.

"Als je de algemene relativiteitstheorie negeerde maar vervolgens de GPS op je telefoon probeerde te gebruiken, je zou ver van je bestemming eindigen, ' zei hij. 'Maar we proberen ook te begrijpen hoe het universum hier werkt. We begrijpen nog steeds niet hoe sterren bewegen."

Vooruitgang in radiotelescopen biedt meer kansen om het perfecte drievoudige systeem te vinden om te testen, zei Jason Hessels, universitair hoofddocent bij ASTRON en de Universiteit van Amsterdam.

Als de Square Kilometre Array zoals gepland in Australië en Zuid-Afrika wordt gebouwd, het zou de grootste radiotelescoop ter wereld zijn, in staat om veel meer milliseconde pulsars te vinden zoals we nu in onze melkweg kennen.

"Onder deze nog onontdekte systemen kunnen nog krachtigere hulpmiddelen op de loer liggen om het universum te begrijpen, "Zei Hessels. "Misschien kan een van deze ons een eerste blik geven op een theorie die verder gaat dan die van Einstein."