Verlindes nieuwe theorie voor het eerst getest met zwaartekrachtlenzen

Een team onder leiding van de Leidse astronoom Margot Brouwer heeft voor het eerst de nieuwe theorie van de Amsterdamse theoretisch natuurkundige Erik Verlinde getest door middel van de lenswerking van zwaartekracht. Brouwer heeft de zwaartekracht rond meer dan 33.000 sterrenstelsels gemeten om Verlindes voorspelling te toetsen. Ze concludeert dat Verlindes theorie goed overeenkomt met de waargenomen zwaartekrachtverdeling. De resultaten zijn geaccepteerd voor publicatie in het Britse vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

De zwaartekracht van sterrenstelsels kromt de ruimte, waardoor het licht dat door deze ruimte reist wordt afgebogen, net als door een lens. Achtergrond-sterrenstelsels die ver achter een voorgrond-sterrenstelsel (de lens) staan, lijken daardoor iets vervormd. Dit effect kan worden gemeten om zo de verdeling van zwaartekracht rondom een voorgrond-sterrenstelsel te bepalen. Op afstanden tot honderd keer de straal van het sterrenstelsel meten astronomen echter veel meer zwaartekracht dan Einsteins zwaartekrachttheorie kan verklaren. Deze theorie klopt alleen wanneer er onbekende, onzichtbare deeltjes, zogeheten donkere materie, worden toegevoegd.

Erik Verlinde claimt nu dat hij met zijn alternatief voor Einsteins theorie niet alleen het mechanisme achter de zwaartekracht verklaart, maar ook de herkomst van deze mysterieuze extra zwaartekracht in en rondom sterrenstelsels, die astronomen momenteel toeschrijven aan donkere materie. Verlindes nieuwe theorie voorspelt hoeveel zwaartekracht er moet zijn, enkel op basis van de massa van de zichtbare materie.

Brouwer berekende de door Verlinde voorspelde hoeveelheid zwaartekracht van 33.613 sterrenstelsels, op basis van hun zichtbare massa. Ze vergeleek deze voorspelling met de waarnemingen van de zwaartekrachtverdeling door middel van lenswerking, om zo Verlindes theorie te testen. Haar conclusie is dat Verlindes voorspelling goed overeenkomt met de waargenomen zwaartekrachtverdeling, maar ze benadrukt dat ook donkere materie de extra zwaartekracht kan verklaren. De massa van de donkere materie-wolk is echter een vrije parameter, die aan de waarneming moet worden aangepast. Wat Verlindes theorie onderscheidt is dat hij een directe voorspelling geeft, zonder vrije parameters.

Omdat Verlindes nieuwe theorie veel waarnemingen nog níet kan verklaren, is het bestaan van donkere materie zeker niet ontkracht. De theorie is momenteel alleen toepasbaar op geïsoleerde, bolvormige, statische systemen, terwijl het heelal een dynamisch en complex geheel is. Brouwer: “De vraag is nu hoe de theorie zich verder ontwikkelt, en hoe we deze verder kunnen testen. Het resultaat van deze eerste test is in elk geval interessant.”

Het onderzoek is gebaseerd op waarnemingen van GAMA- (Galaxy And Mass Assembly) en KiDS- (Kilo-Degree Survey), met wetenschappers uit Nederland (Leiden, Groningen), Duitsland, Schotland, Engeland en Australië. De KiDS-waarnemingen worden uitgevoerd met de Nederlandse camera OmegaCAM op ESO’s VLT Survey Telescope op Cerro Paranal in Noord-Chili.