Constante snelheid

Stephen Parker, één van de onderzoekers,
met een van de twee kristallen die werden
gebruikt om de lichtsnelheid te meten.
Foto: UWA School of Physics

Einstein zei het al in 1905: de lichtsnelheid (in vacuüm) is altijd constant voor iedereen. Daarmee gaf hij een verklaring voor het Michelson-Morley experiment. Dat had aangetoond dat de lichtsnelheid gelijk is in twee loodrecht op elkaar staande richtingen. Het experiment toonde aan dat de absolute ether niet bestond en dat alles relatief was...wat Einstein mooi in een theorie kon gieten.

Het Michelson-Morley experiment was een bewijs voor de zogenaamde Lorentzinvariantie, het idee dat het resultaat van natuurkunde-experimenten niet afhangt van de snelheid of de oriëntatie van het laboratorium in de ruimte.

Een team Duitse en Australische onderzoekers heeft nu het experiment van Michelson en Morley overgedaan met een immense nauwkeurigheid. Daarvoor koelden ze twee saffieren, loodrecht op elkaar geplaatst, af tot vier graden boven het absolute nulpunt. Ze gebruikten microgolven om beide saffieren te laten trillen. De juiste frequentie van die trillingen hangen af van de snelheid van het licht.

Door het experiment rond te draaien konden de onderzoekers zien of de trillingsfrequenties (en dus de lichtsnelheid) veranderden met de stand van de kristallen. Dat gebeurde niet. Hun conclusie was dat de lichtsnelheid in alle richtingen constant is, met een nauwkeurigheid van 1/1000 000 000 000 000 000. Daarmee konden de onderzoekers enkel maar de Lorentzinvariantie van de lichtsnelheid bevestigen.

Waarom is dit belangrijk? Vele natuurkundigen zoeken naar een allesomvattende theorie, die zowel de standaardtheorie van elementaire deeltjes omvat als zwaartekracht. Vele van die theorieën laten toe dat Lorentzinvariantie verbroken wordt, zeg maar dat de lichtsnelheid lichtjes varieert naargelang de omstandigheden. Sommige theorieën steunen zelfs op de verbreking van de Lorentzinvariantie. De nieuwe metingen van de lichtsnelheid maken al deze speculatieve theorieën dus minder waarschijnlijk.

Zwaargewicht

Eta Carinae, met rondom de ster de Homunculusnevel, die de
ster uitstootte in de 19de eeuw. Opname: ESO.

Eta Carinae is een van de helderste sterren van ons melkwegstelsel. Hij straalt meer dan een miljoen keer meer licht uit dan onze Zon. In de negentiende eeuw onderging eta Carinae een uitbarsting, waarbij de ster naar schatting tien zonsmassa's of meer aan materie de ruimte in slingerde.

Eta Carinae is wellicht ook een van de zwaarste sterren van ons melkwegstelsel. Het is ook een dubbelster: twee sterren die in 5,5 jaar om elkaar draaien. Het is echter een wat complex systeem: de baan is erg excentrisch, dus de beide sterren komen slechts om de 5,5 jaar dicht bij elkaar. Beide componenten beschikken ook over een hevige sterrenwind. Wanneer de sterren elkaar naderen, dan botsen die beide sterrenwinden met elkaar.

Daarenboven zit eta Carinae eigenlijk verscholen in een gaswolk, die bestaat uit het gas dat hij zelf in de negentiende eeuw heeft uitgeworpen. Dit alles bij elkaar zorgt er voor dat het spectrum van de ster erg moeilijk te analyseren is. Toch beweren de sterrenkundigen Amit Kashi (V.S.) en Noam Soker (Israël) dat ze het spectrum van eta Carinae hebben ontcijferd en daaruit de parameters van de dubbelster hebben afgeleid. Uit hun gegevens volgt dat de componenten 170 zonsmassa en 80 zonsmassa zwaar zouden zijn. De excentriciteit van de baan zou 0,9 bedragen en de inclinatie 41 graden. De primaire ster zou een 'geëvolueerde' ster zijn, wat betekent dat hij al heel wat materie heeft verloren. Bij zijn geboorte zou eta Carinae 230 zonsmassa zwaar geweest zijn.

Indien de analyse van deze onderzoekers correct is, is eta Carinae de zwaarste dubbelster die we kennen. De vorige recordhouder is NGC 3603-A1, een ster in de jonge OB associatie NGC 3603. Dit is een echte nauwe dubbelster: twee componenten, met massa's van naar schatting 116 en 89 zonsmassa draaien in slechts 3,77 dagen om elkaar.

Of dit model voor eta Carinae, waarin beide sterren zeer zwaar zijn, correct is, zal moeten blijken uit verdere waarnemingen. Er is immers ook nog een concurrerend model voor deze dubbelster, waarin de componenten een massa hebben van 'slechts' 90 en 30 zonsmassa.