Einstein heeft weer eens gelijk

FastSound grafiek

De grafiek die het verband aantoont met de gemeten data en de voorspellingen uit de theorie van Einstein (groene zone). (credit: Kavli IPMU/Okumura et al.)

Op 30 juni 1905 startte Albert Einstein met de publicatie van zijn speciale relativiteitstheorie een revolutie. Deze theorie stelde onder andere dat de snelheid van het licht in een vacuüm voor alle waarnemers gelijk is, ongeacht de bron. In 1915 publiceerde hij de algemene relativiteitstheorie waarin hij onder andere stelde dat de zwaartekracht invloed heeft op de kromming van de ruimte-tijd. Deze theorieën zijn inmiddels al meer dan een eeuw een essentieel onderdeel van de astrofysica. Ze helpen ons om het gedrag van het heelal op grote schaal, uit te leggen.

Echter sinds de 90-tiger jaren van de vorige eeuw weten astronomen dat het heelal versneld uitdijt. Om dit te kunnen verklaren zijn er verschillende suggesties gedaan waaronder het bestaan van onzichtbare energie (zoals donkere materie) en de mogelijkheid dat de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie van Einstein niet altijd op gaan. Met dank aan een internationaal onderzoeksteam is nu aangetoond dat Einstein het helemaal bij het juiste eind had.

Het team bestond uit onderzoekers van de universiteit van Tokyo en het Japanse instituut for Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IMPU). Ze gebruikten de Fiber Multi-Object Spectrograph (FMOS) van de Subaru telescoop om de grootste drie dimensionale kaart ooit van het heelal te maken. Deze kaart bevat ongeveer 3000 sterrenstelsels en beslaat een volume in de ruimte met een doorsnede van ongeveer 13 miljard lichtjaar.

Om de theorie van Einstein te testen gebruikte het onderzoeksteam data die de laatste jaren werden verkregen met het FastSound Project. Om de oorsprong van de kosmische versnelling vast te stellen werden data gebruikt die werden verzameld door de Subaru telescoop tijdens een onderzoek dat de roodverschuiving van sterrenstelsels volgt.

Tussen 2012 en 2014 werden gedurende 40 waarneemnachten de roodverschuiving gemeten van meer dan 3000 verre sterrenstelsels. Het team was in staat om de roodverschuiving van sterrenstelsels tot op 13 miljard lichtjaar te bepalen.

Vorige 3D-modellen kwamen niet verder dan 10 miljard lichtjaar maar met behulp van de FMOS op de Subaru telescoop konden sterrenstelsels op een afstand van 12,4 tot 14,7 miljard lichtjaar worden geanalyseerd. De gegevens werden vergeleken met de uitdijing die door de theorie van Einstein werd voorspeld en dan in het bijzonder de daarin opgenomen kosmologische constante.

De kosmologische constante werd door Einstein in 1917 toegevoegd aan zijn algemene relativiteitstheorie en was bedoeld om de zwaartekracht tegen te houden en zo een statisch heelal te verkrijgen. Toen Edwin Hubble ontdekte dat het heelal uitdijde verwierp Einstein deze theorie maar het is wel een geaccepteerd onderdeel geworden van het standaard model van de moderne kosmologie (bekend als het Lambda-CDN model).

Het team ontdekte dat zelfs op aan afstand van 13 miljard lichtjaar de algemene relativiteitstheorie nog steeds geldt. Astronomen waren al jarenlang op zoek nar bewijs of de kosmologische constante van Einstein past in een uitdijend heelal en hoewel in het verleden verschillende experimenten al hebben aangetoond dat dit zo is waren deze experimenten nog beperkt.

In 1960 werd het Pound-Rebka experiment uitgevoerd. Dit experiment leverde de eerste bevestiging dat de theorie van Einstein klopte echter dit experiment en enkele anderen die hier op voort borduurden beperkten zich tot ons zonnestelsel. In 2010 bevestigden onderzoekers van de universiteit van Princeton dat de algemene relativiteitstheorie klopt tot een afstand van 7 miljard lichtjaar

Met dit experiment is dus aangetoond dat de algemene relativiteitstheorie ook klopt op een afstand van 13 miljard lichtjaar. Het waarneembare heelal is voor ons 13,8 miljard lichtjaar groot. Het blijkt dus dat de theorieën van Einstein een eeuw nadat hij ze opstelde nog steeds standhouden waarbij we niet moeten vergeten dat Einstein zelf de kosmologische constante zijn grootste wetenschappelijke blunder heeft genoemd!

Bron: diverse persberichten, 15 mei 2016