Wetenschappers hebben een nieuwe methode bedacht om naar de mysterieuze natuurkracht te zoeken.

De natuurkunde kent vier fundamentele natuurkrachten: sterke kernkracht, zwakke kernkracht, elektromagnetische kracht en zwaartekracht. En natuurkundigen weten inmiddels aardig hoe ze de sterke kernkracht, zwakke kernkracht en elektromagnetische kracht met elkaar kunnen combineren. Maar de zwaartekracht blijft de vreemde eend in de bijt: het lukt natuurkundigen maar niet om een combinatie te maken tussen de zwaartekracht en de drie andere fundamentele natuurkrachten. Sommige wetenschappers beweren dat dat ook nooit zal gaan lukken, zolang ons slechts vier fundamentele natuurkrachten bekend zijn. Deze onderzoekers zijn er namelijk van overtuigd dat er nog een vijfde natuurkracht is en dat deze de zwaartekracht aan de andere fundamentele natuurkrachten kan verbinden.

Detectie
Een mooie theorie. Maar er is één probleem: niemand is er tot op heden in geslaagd om het bestaan van zo’n vijfde natuurkracht te bewijzen. Maar wellicht gaat daar op korte termijn verandering in komen. Wetenschappers hebben namelijk een nieuwe methode bedacht om de vijfde natuurkracht – als deze bestaat – te detecteren.

Sterren in een baan rond het supermassieve zwarte gat in het hart van onze Melkweg. Afbeelding: S. Sakai / A. Ghez / W.M. Keck Observatory / UCLA Galactic Center Group.

Keck
Hoe dan? Ze willen daartoe een beroep doen op gegevens die het W.M. Keck-observatorium over een periode van 20 jaar verzameld heeft. In die periode heeft het observatorium onder meer de sterren die zich nabij het supermassieve zwarte gat in het hart van de Melkweg bevinden, gemonitord. De baan van deze sterren – die bepaald wordt door de zwaartekracht van het supermassieve zwarte gat – kan ons wellicht meer vertellen over de vijfde natuurkracht. “Door over een periode van 20 jaar te kijken hoe sterren bewegen, kun je zien hoe de zwaartekracht werkt en waar de grenzen van de zwaartekracht liggen,” legt onderzoeker Andrea Ghez uit. “Als de zwaartekracht aangedreven wordt door iets anders dan Einsteins Algemene Relativiteitstheorie, zul je kleine variaties zien in de banen van de sterren.” In andere woorden: de onderzoekers gaan kijken welk effect zwaartekracht op de sterren heeft. En hopen zo te weten te komen of er nog een andere natuurkracht is die van invloed is op de baan de sterren.

Zomer 2018
Naar verwachting zal het onderzoek in de zomer van volgend jaar een climax bereiken. Dan komt de ster S0-2 namelijk het dichtst bij het supermassieve zwarte gat in de buurt. Dat is het moment waarop de zwaartekracht van het zwarte gat het hardst aan de ster trekt en eventuele afwijkingen ten opzichte van Einsteins theorie naar verwachting het grootst zullen zijn.

Het zwarte gat in het hart van de Melkweg. Deze afbeelding is gemaakt met behulp van materiaal verzameld door ruimtetelescoop Hubble en röntgenobservatorium Chandra. Afbeelding: NASA / UMass / D.Wang et al. (röntgen) NASA / STScI (Hubble).

Het is voor het eerst dat onderzoekers proberen om de vijfde natuurkracht te detecteren in een sterk zwaartekrachtsveld, gecreëerd door het supermassieve zwarte gat in de Melkweg. Eerder is wel geprobeerd om de vijfde natuurkracht te detecteren door de zwaartekracht van het zonnestelsel te bestuderen, maar dat liep op niets uit. Het zwaartekrachtveld van ons zonnestelsel is namelijk relatief zwak. “Het is opwindend dat we dit kunnen doen, omdat we een heel fundamentele vraag kunnen stellen: hoe werkt zwaartekracht?” vindt Ghez. “Einsteins theorie beschrijft deze prachtig, maar er is heel veel bewijs dat suggereert dat de theorie incompleet is.”