Zware pulsar mogelijk in strijd met theorie Einstein

Pulsars, toch al bekend vanwege hun extreme natuurkundige eigenschappen, hebben nu gezelschap gekregen van een soortgenoot met eigenschappen die de algemene relativiteitstheorie lijken te tarten: een neutronenster, zo klein dat deze bijna op Texel past maar met een massa van 2,04 maal die van de zon.

Kosmische vuurtorens en zwaartekrachtsgolven
Pulsars zijn de uitgebluste restanten van zware sterren, die zeer snel rondtollen en zo voortdurend, als een kosmische vuurtoren, een bundel radiogolven laten uitwaaieren over het universum. De snelst rondtollende pulsars worden voortdurend gevoed met materiaal van hun begeleider (bijvoorbeeld een ster of een witte dwerg), die de pulsar voor miljarden jaren kan voeden tot beide objecten botsen.

Volgens de algemene relativiteitstheorie bestaan er zogeheten zwaartekrachtsgolven. Twee snel rondtollende en extreem zware objecten, zoals een dergelijk binair paar, veroorzaken sterke rimpels in ruimtetijd. Zwaartekrachtsgolven zijn nog niet direct waargenomen, maar uit het gemeten energieverlies van binaire sterren, dat precies overeenkomt met de energie die volgens Einstein als zwaartekrachtsgolven uitgezonden wordt, weten we dat ze waarschijnlijk wel bestaan.

Kapotte telescoop ontdekt zwaarste pulsar ooit
J0348+0432, nu de zwaarste pulsar ooit ontdekt, dook op in een onderzoek tijdens de reparatie van de Green Bank Telescope in West Virginia. De 100 meter doorsnede schotel kon niet worden bewogen, dus besloten de astronomen maar gebruik te maken van de natuurlijke draaiing van de aarde. Met opmerkelijke resultaten, aldus Victoria Kaspi van de McGill University in Montreal, Canada.

De nieuw ontdekte pulsar heeft een periode van 39 milliseconde. Dat  betekent dat de pulsar sneller dan 25 maal per seconde rondtolt. De pulsar vormt een binair stelsel met een veel lichtere witte dwerg (0,172 maal de massa van de zon). De massa van witte dwergen vaststellen is niet erg moeilijk. Het extreem sterke zwaartekrachtsveld zorgt namelijk voor roodverschuiving (het licht wordt uitgerekt, dus roder): hoe groter de roodverschuiving, hoe zwaarder de witte dwerg.

Door de relatieve schommelingen van beide objecten vast te stellen kon het team de massa van de pulsar zelf vaststellen: een tot nu toe onovertroffen 2,04 maal die van de zon (vergeleken met de 1,97 zonsmassa van de vorige recordhouder).

Alternatieve zwaartekrachtstheorieën getest
Ten eerste kunnen met behulp van dit paar alternatieve zwaartekrachtstheorieën worden getest, juist omdat de massa van de witte dwerg en de neutronenster zo sterk verschillen. Volgens enkele alternatieve zwaartekrachtstheorieën treden er binnen neutronensterren extra zwaartekrachtseffecten op die niet in de veel grotere witte dwerg (met de grootte van ongeveer de aarde) optreden. Deze effecten zouden de zwaartekracht zelf beïnvloeden en extra zwaartekrachtsgolven opwekken, waardoor dit paar elkaar sneller zou naderen. Dat op zijn beurt is waar te nemen door de effecten op rotatie en de pulsar.

Maar klopt de algemene relativiteitstheorie wel?
Een tweede interessante toets voor de algemene relativiteitstheorie heeft te maken met de zeer grote massa van de pulsar zelf. Eigenlijk is deze te groot om stabiel te kunnen blijven. Als een pulsar namelijk zwaarder is dan twee zonsmassa’s, moeten de neutronen, of andere (nog hypothetische) deeltjes  waaruit de pulsar bestaat sneller bewegen dan het licht om voldoende afstotende kracht te leveren. Zoals bekend, kan dat niet volgens de relativiteitstheorie, waardoor niets de instorting meer tegenhoudt en de neutronenster onherroepelijk instort tot een zwart gat. Deze limiet, de Tolman-Oppenheimer-Volkoff limiet, ligt op rond de 1,5-3 zonsmassa’s. 2,04 zonsmasa’s komt aardig in de buurt…

Bron
New Scientist (2012)