Paar aus Neutronenstern und Weißem Zwerg erlaubt Test der Relativitätstheorie bei bislang stärksten Gravitationsfeldern
Bonn - Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein hat sich wieder einmal als korrekt bewiesen. Selbst unter den bislang extremsten Testbedingungen stimmen ihre Vorhersagen mit den Beobachtungen überein. Das zeigen genaue Messungen der Umlaufbahnen eines 7000 Lichtjahre entfernten exotischen Doppelsystems aus einem Neutronenstern und einem Weißen Zwerg. Die Bahnenergie nimmt durch die Abstrahlung von Gravitationswellen exakt so ab, wie es die Relativitätstheorie beschreibt, berichtet ein internationales Forscherteam im Fachblatt „Science“.
„Wir dachten, dieses System könnte extrem genug sein, um Abweichungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie zu zeigen“, sagt Paulo Freire vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, „stattdessen haben sich Einsteins Vorhersagen wieder einmal erfüllt.“ Die Forscher suchen nach solchen Abweichungen, weil die Relativitätstheorie sich nicht mit der anderen tragenden Säule der Physik, der Quantentheorie, vereinbaren lässt. Unter extremen Bedingungen – also zum Beispiel in sehr starken Gravitationsfeldern – sollten sich diese Abweichungen zeigen. Daraus erhoffen sich die Physiker dann Rückschlüsse auf eine übergeordnete Theorie, unter deren Dach sich Relativität und Quantenphysik vereinen lassen.
PSR J0348+0432 ist mit der doppelten Sonnenmasse – bei einem Durchmesser von nur 20 Kilometern - der bislang schwerste Neutronenstern, den die Himmelsforscher aufgespürt haben. Er rotiert nicht nur 25-mal pro Sekunde um sich selbst, sondern kreist mit einer ungewöhnlich kurzen Umlaufzeit von zweieinhalb Stunden auf einer extrem engen Bahn um ein weiteres dichtes Gestirn, einen Weißen Zwerg. „Damit ist dieses System ein einzigartiges Labor für die Überprüfung einer der grundlegendsten physikalischen Theorien, der Relativitätstheorie“, sagt Marten van Kerkwijk von der University of Toronto in Kanada.
Der Neutronenstern ist ein so genannter Pulsar, er sendet also regelmäßig 25-mal pro Sekunde Radiopulse aus. Die genauen Zeiten, zu denen diese Pulse auf der Erde eintreffen, hängen von der Bahnbewegung ab. Das Team um Freire und Kerkwijk hat diese Eintreffzeiten mit extrem hoher Genauigkeit gemessen und so eine Änderung der Umlaufzeit des Systems um acht Millionstel Sekunden pro Jahr nachgewiesen. Zusammen mit weiteren Beobachtungen zur Bestimmung der Massen beider Himmelskörper ergibt sich daraus eine perfekte Übereinstimmung mit der von der Relativitätstheorie vorhergesagten Änderung der Umlaufbahn.
Bildquelle: ESO/L. Calçada