Met het blote oog zijn ze onzichtbaar, maar in het sterrenbeeld Krab kan een gevoelige telescoop ze ontdekken: RX J0806.3+1527, een dubbelster van witte dwergen. Die twee uitgebrande sterren tollen in 321,5 seconden, nog geen vijf minuten, om elkaar. Met NASA’s Chandra-telescoop ontdekte een team onder leiding van Tod Strohmayer (NASA’s Goddard Space Flight Center) dat de twee sterren elke omwenteling dichter bij elkaar komen: ze verliezen energie en vallen daardoor langzaam naar elkaar toe. Hun ‘val’ duurt nog wel even: elk jaar wordt hun omlooptijd 1,2 milliseconde korter. Uiteindelijk zullen de twee botsen en een titanische explosie veroorzaken. Waar gaat hun bewegingsenergie ondertussen naartoe?

Golven in ruimtetijd

De witte dwergen van RX J0806.3+1527 bewegen met 1000 km/s en alleen Einstein’s algemene relativiteitstheorie (ART) kan de dubbelster goed beschrijven. De ART zegt dat de rondrazende sterren de ruimtetijd zelf in beweging zetten: ze sturen gravitatiegolven het heelal in. Die golven dragen bewegingsenergie weg uit de dubbelster, waardoor de twee witte dwergen elkaar langzaam naderen. RX J0806.3+1527 moet volgens de berekeningen van Strohmayer de helderste bron van gravitatiegolven aan de hemel zijn.

Helder, dat zal best – maar niemand heeft gravitatiegolven ooit direct waargenomen. Het zijn dan ook exotische dingen: rimpels in het weefsel van ruimte en tijd tegelijk, die zich met de lichtsnelheid voortplanten. Natuurkundigen denken dat rondtollende zwarte gaten en botsende neutronensterren zwaartekrachtsgolven kunnen veroorzaken.

In 1993 kregen Russell Hulse en Joseph Taylor de Nobelprijs voor de natuurkunde voor het eerste indirecte bewijs van gravitatiegolven. Ze onderzochten twee neutronensterren die net als in RX J0806.3+1527 razendsnel om elkaar draaien. De twee draaien elk jaar íets sneller en komen steeds dichter bij elkaar. Hulse en Taylor lieten zien dat het energieverlies precies overeenkomt met de energie die de dubbel-neutronenster als gravitatiegolven uit hoort te zenden.

Als een gravitatiegolf voorbij komt, schommelen afstanden tussen voorwerpen zónder dat er een kracht werkt: de ruimte zelf krimpt en rekt. De schommeling is klein – een stoel van 1 meter hoog krimpt en rekt er slechts 10^-21 meter door! – maar met gevoelige apparatuur wel degelijk te meten. De komende jaren komen allerlei experimenten online die deze voorspelling van de ART meten.

LISA en de MiniGRAIL

Eén van de nieuwe experimenten is LISA: Laser Interferometer Space Antenna. Het experiment bestaat uit drie satellieten die in formatie door de ruimte zweven. Met lasers houden ze exact bij hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn. Passeert een gravitatiegolf de formatie, dan verandert de afstand tussen de satellieten: door de laserstralen met elkaar te vergelijken ( interfereren) is dat effect te meten. LISA is een gezamenlijk experiment van NASA, ESA en de Europese nationale ruimtevaartorganisaties. Naar verwachting worden de satellieten na 2013 gelanceerd.

Het Nederlandse MiniGRAIL-experiment (Gravitational Radiation Antenna In Leiden) zweeft niet door de ruimte, maar staat in een Leids laboratorium. MiniGRAIL bestaat uit een ultrakoude bol van koper met 6% aluminium. Bij 20 milliKelvin (0,002 Kelvin boven het absolute nulpunt) en in een speciale ophanging heeft de bol nauwelijks last van omgevingsinvloed. Alleen zwaartekrachtsgolven kunnen de bol vervormen. Door samenwerking met een identiek experiment in São Paulo willen de Leidse natuurkundigen hun nauwkeurigheid verhogen: als beide bollen op hetzelfde moment ‘uitslaan’ is het namelijk bijna zeker dat ze geen toevallige trilling voelen, maar worden uitgerekt door een gravitatiegolf.

Als LISA gravitatiegolven meet vanuit RX J0806.3+1527, is dat éxtra bevestiging van wat Strohmayer nu al heeft gevonden: de dubbelster luistert prachtig naar Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie. Geen slechte prestatie voor een theorie van negentig jaar oud!