Astronomen hebben een milliseconde pulsar ontdekt waaromheen twee witte dwergsterren draaien. Pulsars zijn snel roterende neutronensterren die als astronomische precisieklokken kunnen worden gebruikt. Het is het eerst gevonden drievoudige stersysteem waarin zich een pulsar bevindt. De milliseconde pulsar wordt gebruikt als een ongeëvenaard precisie-laboratorium om de voorspelde effecten van zwaartekrachtsinteracties te testen. De waarnemingen zijn gedaan met 's werelds grootste radiotelescopen: de Green Bank Telescope (GBT), de Arecibo radiotelescoop in Puerto Rico, en ASTRON's Westerbork Synthese Radiotelescoop (WSRT) in Nederland. Het internationale onderzoeksteam rapporteert zijn bevindingen op 5 januari 2014 in de online editie van Nature. De resultaten worden gepresenteerd tijdens de 223ste bijeenkomst van de Amerikaanse organisatie van sterrenkundigen AAS, in Washington DC.
De drie sterren draaien om elkaar heen in een baan die kleiner is dan die van de aarde rond de zon. Deze nauwe baan, gecombineerd met het gegeven dat de drie sterren veel compacter zijn dan onze zon, leveren de benodigde condities op om zwaartekracht te bestuderen, met name het 'sterke equivalentieprincipe' uit Einsteins algemene relativiteitstheorie. "Dit drievoudige systeem geeft ons het beste kosmische lab ooit om de werking van dit soort systemen te begrijpen, en om problemen met algemene relativiteit te toetsen, die zich onder zulke extreme condities kunnen voordoen", zegt eerste auteur Scott Ransom van het Amerikaanse National Radio Astronomy Observatory (NRAO).
PHD-student Jason Boyles (West Virginia University) ontdekte de pulsar binnen een grootschalig zoekprogramma naar pulsars met de GBT. Om de pulsar te kunnen gebruiken als 'onderzoeksinstrument' aan zwaartekracht, moesten astronomen zo veel mogelijk pulsen waarnemen. Door te meten hoe de 'tikken' van de kosmische klok over de tijd varieerden, konden ze de baangeometrie en de massa van de drie sterren vaststellen.
"Het was een indrukwekkende waarneemcampagne", zegt Jason Hessels van het Nederlands Instituut voor Radioastronomie (ASTRON) en de Universiteit van Amsterdam (UvA), die de campagne met de Westerbork-telescoop leidde. "Een tijd lang hebben we de pulsar iedere dag waargenomen, om te kunnen bepalen hoe hij rond zijn twee begeleiders draait. Terwijl we honderden terabytes aan data verwerkten, hebben we ook een precisiemodel van het systeem gemaakt".
Anne Archibald (ASTRON) maakte de computersimulatie van het systeem dat heel nauwkeurig de baanbewegingen voorspelt. "Sommige metingen van de relatieve posities van de drie sterren zijn tot op honderden meters nauwkeurig", zegt Archibald. "We hebben zelfs een van de meest nauwkeurige massabepalingen ooit gedaan." Archibald en het team combineerden de 'oude' technieken van Newton om het aarde-maan-zon-systeem te bestuderen met de 'nieuwe' zwaartekrachtstheorie van Einstein.
Het systeem is het beste dat voorhanden is om Einsteins sterke equivalentieprincipe te toetsen. Dit principe stelt dat het effect van zwaartekracht op een voorwerp niet afhankelijk is van de interne structuur van dat voorwerp. De experimentele massa's van de sterren zelf, en hun verschillende massa's en gravitationele bindingsenergie zullen worden gebruikt om te checken of ze allemaal naar elkaar vallen volgens het sterke equivalentieprincipe, of niet.
"Door het kloksignaal van de pulsar te gebruiken, zijn we hiermee begonnen", legt Archibald uit. "We zijn ervan overtuigd dat onze tests gevoeliger zullen zijn dan elke eerdere poging om een afwijking te vinden in het sterke equivalentieprincipe." "We zijn ontzettend blij dat we een dergelijk krachtig lab voor onderzoek aan zwaartekracht hebben gevonden", voegt Hessels toe, "omdat er in onze Melkweg hoogstwaarschijnlijk maar zeer weinig van dit soort systemen bestaan".
Ransom, Archibald en Hessels maken deel uit van het internationale onderzoeksteam dat zijn bevindingen vandaag rapporteert. Tot de teamleden behoren ook ASTRON's Adam Deller, die de waarnemingen leidde voor de exacte positiebepaling van de pulsar aan de hemel, en Vlad Kondratiev en Joeri van Leeuwen, die delen van het GBT-survey uitvoerden.
Meer informatie:
ASTRON