Robbert Dijkgraaf

Radio PSR J0737-3039 komt naar je toe

Onheilspellende voetstappen op galmend marmer, een ouderwets ratelende naaimachine, een tuffende tweetaktmotor, de gierende drilboor van een tandarts — dat zijn zo de hoorspelgeluiden die je op de radio hoort, als je de ontvanger niet naar Hilversum maar naar de hemel richt. Toen deze regelmatige tikken en brommen voor het eerst werden waargenomen, dacht men serieus contact te hebben gemaakt met de s.o.s.-signalen van kleine groene mannetjes. Maar nu weten we beter. Het zijn pulsars, snel ronddraaiende neutronensterren, die met hun karakteristieke eigen geluid als kosmische radiobakens door de Melkweg heen staan. Op 4 december is de mooiste zender tot nu toe gevonden. Deze luistert naar de prozaïsche naam PSR J0737-3039 en klinkt als een opgevoerde brommer. Het is een tweeling.

Een neutronenster is op zichzelf al een wonderbaarlijk verschijnsel. Het is eigenlijk één gigantische atoomkern. De materie zit zo dicht op elkaar gestapeld dat het is alsof de hele zon is samengeperst binnen de stadsgrenzen van Amsterdam. Een sneeuwbal neutronensterrenstof heeft evenveel massa als Mount Everest, een piepklein zandkorreltje weegt zo veel als een hunebed.

Ook de tijd is anders. In de sciencefictionroman Dragon’s Egg van Robert Forward ontstaat leven op een neutronenster. Omdat kernprocessen zo ongelooflijk snel gaan, verloopt de geschiedenis en dus ook de evolutie een miljoen keer sneller dan op aarde. Dat geeft een interessant verschijnsel wanneer onze aardse beschaving contact weet te maken met deze ster. Binnen een dag wordt onze voorzichtig opgebouwde eeuwenoude cultuur ingehaald en ver achter gelaten.

De geboorte van een neutronenster gaat samen met de gewelddadige dood van een opgebrande ster. De resulterende explosie, een supernova, geeft een plotseling oplichtende felle ster aan de hemel — een verschijnsel wel bekend uit Bethlehem. Soms straalt de resulterende neutronenster ook nog krachtige radiogolven uit en wordt een pulsar. Omdat de ster heel hard rond haar as draait, van één tot meer dan zeshonderd keer per minuut, zwiepen die radiostralen als het licht van een vuurtoren door de ruimte en maken zo de kosmische krekelgeluiden op de radio.

Soms, heel soms in een freak-gebeurtenis ontstaat er een tweetal neutronensterren. Zo’n tweeling draait, typisch op eenzelfde afstand als de aarde en de maan, in enkele uren rond elkaar. Als één van de twee een pulsar is kunnen we deze dans horen, want door het dopplereffect stijgt en daalt de toonhoogte van zo’n ronddraaiend brommertje periodiek.

Bij al dat ronddraaien straalt de dubbelpulsar naast radiogolven ook zwaartekrachtsgolven uit. Deze golven zijn een bizar gevolg van Einsteins relativiteitstheorie. Ruimte en tijd zijn volgens Einstein geen vast gegeven, maar kunnen door materie en energie worden gekromd, uitgerekt, ingedrukt, vervormd — alsof ze van flexibel rubber zijn gemaakt. Er kunnen ook rimpelingen in ontstaan, niet veel anders dan de golven op een wateroppervlak. Deze zwaartekrachtsgolven klotsen ongehinderd door het heelal heen.

Hoewel deze golven nog niet direct zijn gemeten, staan er allerlei experimenten in de startblokken om dat binnenkort te gaan doen. Dat zijn trouwens geen kinderachtige proefjes — je kunt sterrenkundigen nooit verwijten kleinschalig te denken. De huidige meetapparatuur bestaat uit kilometerslange tunnels waarin laserlicht heen en weer kaatst. Wanneer er een zwaartekrachtsgolf passeert, wordt die tunnel lichtjes in- en uitgerekt en het lichtpatroon vervormd. In 2012 gaan er drie satellieten de ruimte in die in een baan rond de zon een vijf miljoen kilometer grote driehoek gaan vormen. Een nog ambitieuzer project vraagt om een tiental satellieten in een baan nabij Neptunus.

Het tweetal neutronensterren van de dubbelpulsar sleept zichzelf door de ruimte en maakt zo zwaartekrachtsgolven. Daarbij verliezen de sterren energie. Ze komen dichter en dichter bij elkaar te staan en gaan sneller en sneller draaien — als een kunstschaatsster op het ijs die haar armen intrekt. Dit proces vormt de precisietest van Einsteins relativiteitstheorie, tot op een half percent nauwkeurig. Voor de ontdekking van de eerste dubbelpulsar werden Russell Hulse en Joseph Tayor in 1993 beloond met een Nobelprijs. Er kleeft in dit verband wel een discriminatoir luchtje aan de leden van het Nobelcomité. Want voor de ontdekking in 1967 van de eerste pulsar beloonden ze in 1974 niet de promovenda Jocelyn Bell, die het eigenlijke werk had gedaan, maar wel haar supervisor Antony Hewish.

Maar het mooiste komt aan het eind, als de twee sterren uiteindelijk vermoeid in elkaars armen vallen en in een zwart gat verdwijnen. Dit einde gaat gepaard met een enorme klap, die je niet kunt horen maar wel kunt voelen. Een ineenstortende dubbelpulsar geeft een tsunami van zwaartekrachtsgolven die de ruimte uit elkaar scheurt. Alsof een enorme kei in de plas van de Melkweg wordt gegooid.

Dit is de gebeurtenis waar alle detectoren van zwaartekrachtsgolven op hopen. Voor het einde van de nieuw ontdekte pulsar moeten we nog 85 miljoen jaar op deze klapper wachten. Dat is lang, maar veel sneller dan tot nu toe werd verwacht. Er is nu dan ook goede hoop dat er gemiddeld wel één keer per jaar een kosmische radiozender met een geweldige knal uit de lucht gaat. Houd je dus stevig vast, want radio PSR J0737-3039 komt naar je toe.