Die Beobachtung einer ungewöhnlichen Familie von Sternen, in der ein Pulsar und zwei weiße Zwerge leben, half Wissenschaftlern zu beweisen, dass die Schwerkraft den Zeitfluss verlangsamt und den Raum genau so verbiegt, wie es Einsteins Relativitätstheorie vorhersagt.
„Wir haben die Frage gestellt:‚ Wie fällt die Schwerkraftquelle? 'Für die nicht informierte Öffentlichkeit mag es seltsam klingen, aber aus Einsteins Sicht sind sowohl Masse als auch Energie ein und dasselbe. Wenn das Äquivalenzprinzip verletzt wird, beschleunigen sich die Energieakkumulationen, die von einem starken Gravitationsfeld umgeben sind, während des Sturzes auf ganz andere Weise als eine ähnliche Energiebündelung außerhalb “, sagt Anne Archibald von der Universität Amsterdam (Niederlande).
Archibald und ihre Kollegen sprachen letzte Woche auf der Jahreskonferenz der American Astronomical Society in Washington. Sie sprachen darüber, wie sie es geschafft haben, Beobachtungen des einzigartigen Sternensystems J0337 + 1715 im Sternbild Stier für den härtesten und genauesten Test des sogenannten Äquivalenzprinzips zu verwenden - eine der Grundlagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie.
Dieses Prinzip in seiner allgemeinsten und vereinfachtesten Form besagt, dass Lichtteilchen unterschiedlicher Wellenlänge, die von einem entfernten Objekt im Weltraum emittiert werden, gleichzeitig auf der Erde ankommen müssen, selbst wenn sie starke Gravitationsfelder durchlaufen haben. Andere Objekte der sichtbaren Welt sollten sich ähnlich verhalten, angefangen mit Bällen und Flusen in Galileos Experimenten bis hin zu Energieklumpen.
Das Äquivalenzprinzip wurde bereits wiederholt sowohl auf der Erde als auch im Orbit mit der amerikanischen Schwerkraftsonde A, dem russischen Radioastron und zwei europäischen Galileo-Satelliten getestet. Andererseits sind sich die Wissenschaftler noch nicht ganz sicher, ob es in den extremsten Ecken des Weltraums beobachtet wird - in den "Familien" der Neutronensterne oder in der Nähe von Schwarzen Löchern.
Archibald und ihre Kollegen führten den ersten derartigen Test durch, indem sie eine Art Gravitations- "Matroschka" beobachteten, ein System aus drei "toten Sternen" - einem Pulsar und zwei weißen Zwergen.
Einer der weißen Zwerge und der Pulsar drehen sich in so geringer Entfernung umeinander, dass sie für uns unsichtbar, aber stark genug Gravitationswellen erzeugen. Die Situation wird noch komplizierter, wenn sich der zweite weiße Zwerg um die ersten beiden Sterne bewegt und ihr Licht regelmäßig verdeckt.
Diese Anordnung dieses Sternensystems ermöglichte es Wissenschaftlern zu überprüfen, ob Einstein Recht hatte. Tatsache ist, dass, wenn das Äquivalenzprinzip nicht eingehalten würde und Objekte mit einem stärkeren Gravitationsfeld schneller als ihre Nachbarn "fallen" würden, die Umlaufbahn des Pulsars auf eine bestimmte Weise gekrümmt wäre, sich zu einem weiter entfernten weißen Zwerg ausdehnen und sich mit ihm in einem Kreis bewegen würde …
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Diese Krümmungen könnten wiederum daran erkannt werden, wie stark die Pulsarsignale zu unterschiedlichen Zeiten verzögert sind, wenn sie sich angeblich an verschiedenen Punkten ihrer länglichen Umlaufbahn befinden. Anhand dieser Idee beobachteten Wissenschaftler J0337 + 1715 mit dem amerikanischen GBT-Radioteleskop und dem optischen Gemini-Teleskop in Hawaii.
Wie diese Beobachtungen zeigten, erreichten die Signale vom Pulsar die Erde in ungefähr gleichen Zeitintervallen, was Einsteins Theorie mit einer immer noch hohen Messgenauigkeit bestätigte, die die vorherigen Aufzeichnungen um das 50-100-fache übertraf.
Ein ähnliches Ergebnis lässt, wie Astronomen bemerken, die Physiker erneut nicht verstehen, wie die Widersprüche zwischen Relativitätstheorie und Quantenphysik beseitigt werden können. Dies ist notwendig, um zu erklären, was in Schwarzen Löchern geschieht, und um zu verstehen, wie sich das Universum in Zukunft entwickeln wird.
