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Astronomen entkräften Alternativen zur Relativitätstheorie

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Anhand eines außergewöhnlichen Doppelsternsystems konnten Astronomen Voraussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie zur Gravitation durch Messungen überprüfen, die so vorher nicht möglich waren. Ihre ersten Ergebnisse, die in der US-Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden, bestätigen demnach die Vorhersagen von Albert Einstein. Gleichzeitig entkräften sie einige alternative Theorien, die für extrem starke Gravitationsfelder andere Ergebnisse prognostiziert hätten.

Das Sternenpaar, das Einsteins Theorie erneut bestätigt, besteht aus dem bislang massereichsten bestätigten Neutronenstern und einem Weißen Zwerg, der ihn umkreist. Der Neutronenstern, ein Pulsar namens PSR J0348+0432, hat bei einem Durchmesser von lediglich 20 Kilometern die doppelte Masse der Sonne. Das bedeutet, ein zuckerwürfelgroßes Stück dieses Himmelskörpers besteht aus mehr als einer Milliarde Tonnen Materie. Auf seiner Oberfläche ist die Schwerkraft 300 Milliarden Mal stärker als auf der Erde.

Künstlerische (nicht maßstabsgetreue) Darstellung des Doppelsternsystems und der Gravitationswellen

(Bild: ESO/L. Calçada)

Mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte und dem ESA-Weltraumteleskop Herschel wurden Beobachtungsdaten des Weißen Zwergs aufgezeichnet. Die von dem Pulsar ausgestrahlten Radiowellen dagegen wurden von den Radioteleskopen Effelsberg, Arecibo und Green Bank empfangen. Dank dieser Daten konnten die Wissenschaftler die Änderungen in der Umlaufzeit errechnen, die sich ergeben, weil das enge Doppelsternsystem durch die Abstrahlung von Gravitationswellen Energie verliert. Die beobachtete Änderung von acht Mikrosekunden pro Jahr entspricht demnach genau der Vorhersage der Relativitätstheorie.

Dieses Ergebnis widerspreche gleichzeitig den Vorhersagen anderer Theorien der Gravitation. Fast ein Jahrhundert nach ihrer Veröffentlichung hat Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie demnach einer weiteren Überprüfung standgehalten. Sie erklärt Gravitation als Folge der Krümmung der Raumzeit durch die vorhandene Masse und Energie. Nicht vereinbar ist sie jedoch mit der Quantenmechanik, mit der sie noch Teil einer umfangreicheren Theorie werden müsse. (mho)

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