Einstein hat wieder einmal recht

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Bildquelle: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Die Allgemeine Relativitätstheorie Albert Einsteins beschreibt auch die Umlaufbahnen von Himmelskörpern mit starker Schwerkraft korrekt. Das zeigen genaue Beobachtungen eines Systems aus einem Neutronenstern und zwei Weißen Zwergsternen, die ein internationales Forscherteam über einen Zeitraum von sechs Jahren mit mehreren Radioteleskopen durchgeführt hat. Etwaige Abweichungen von den Vorhersagen der Relativitätstheorie müssten kleiner 2,6 Millionstel sein, berichten die Forscher im Fachblatt „Nature“. Das ist eine Verbesserung um einen Faktor 1000 gegenüber früheren Tests der Relativitätstheorie für starke Gravitationsfelder.

„Einsteins Theorie der Schwerkraft – die Allgemeine Relativitätstheorie – basiert auf der Allgemeingültigkeit des freien Falls“, erläutern Anne Archibald von der Universität Amsterdam und ihre Kollegen. „Demnach ist die Beschleunigung für alle Objekte in einem äußeren Gravitationsfeld gleich groß.“ Dieses Äquivalenzprinzip lässt sich zwar im Labor mit hoher Genauigkeit überprüfen – allerdings nur für kleine Massen. Das lässt die Möglichkeit offen, dass Objekte mit einer starken Eigengravitation Abweichungen von den Vorhersagen der Relativitätstheorie zeigen. Der Nachweis derartiger Abweichungen könnte den Wissenschaftlern Hinweise auf eine „neue Physik“ liefern, die Gravitation und Quantenmechanik unter dem Dach einer einheitlichen Theorie zusammenfasst.

Archibald und ihre Kollegen haben das 2014 entdeckte, 4200 Lichtjahre entfernte System PSR J0037+1715 ins Visier genommen, um das Äquivalenzprinzip der Relativitätstheorie zu überprüfen. Es besteht aus einem Neutronenstern und einem Weißen Zwerg, die sich auf einer extrem engen Bahn alle 1,6 Tage umkreisen. Ein weiterer Weißer Zwerg umrundet dieses Paar mit einer Umlaufzeit von 327 Tagen. Der Neutronenstern ist ein Pulsar, er sendet regelmäßige Radiopulse aus – und aus der Messung dieser Pulse können die Astronomen die Bahnbewegungen des Sternen-Tripels mit hoher Genauigkeit messen. „Wir kennen die Position des Neutronensterns jederzeit auf wenige hundert Meter genau“, so Archibald.

Mit ihren Messungen konnten die Forscher überprüfen, ob der Neutronenstern und der Weiße Zwerg in dem engen Paar unterschiedlich von der Schwerkraft des äußeren Weißen Zwergs beeinflusst werden. Die meisten alternativen Gravitationstheorien sagen voraus, dass die Energie der Eigengravitation anders auf ein äußeres Gravitationsfeld reagiert als die reine Materie eines Körpers – und die Eigengravitation des Neutronensterns und des Weißen Zwergs unterscheiden sich deutlich. Doch im Rahmen der Messgenauigkeit fanden die Astronomen keine solche Abweichung – und das lasse den Spielraum für alternative Theorien der Gravitation erheblich schrumpfen, betonen Archibald und ihre Kollegen

Quelle: doi.org/10.1038/s41586-018-0265-1

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