Montag, 23. Mai 2022

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Himmlische Doppel-Leiche

Physik. - Zwar dominiert die Schwerkraft unseren Alltag, doch ist sie nur die schwächste der vier Grundkräfte der Natur. An extremen Massen im All überprüften Physiker jetzt die Gravitation und Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie so genau wie nie zuvor.

Von Dirk Lorenzen | 18.09.2006

Das System J0737-3039 im Sternbild Achterschiff zählt zum Bizarrsten, was das Weltall zu bieten hat: Einst umkreisten sich dort zwei große massereiche Sterne - doch inzwischen sind beide als Supernova explodiert, übrig blieben zwei Pulsare. Pulsare sind nur etwa 20 Kilometer groß, enthalten aber mehr Masse als unsere Sonne! Sie leuchten nicht gleichmäßig in alle Richtungen, sondern nur noch entlang zweier Strahlungskegel. Weil sie zudem extrem schnell rotieren, wirken sie wie kosmische Leuchttürme. Die Pulsare im Achterschiff sind nur etwa doppelt so weit voneinander entfernt wie Erde und Mond und umkreisen sich mit einem Tempo von mehr als einer Million Kilometern pro Stunde. Die Szenerie wird von den Strahlungsblitzen in gespenstisches Licht getaucht - der eine Pulsar rotiert 50mal pro Sekunde, der andere alle zweieinhalb Sekunden. Was eher nach der Hölle klingt, ist für Michael Kramer, Astronom am Jodrell Bank Observatory der Universität Manchester, ein einzigartiges Geschenk des Himmels:

"Aufgrund der Wahrscheinlichkeitsrechnung sollte man gar nicht erwarten, so ein System zu finden, weil es sehr unwahrscheinlich ist. Zum einen lebt der junge Pulsar nur etwa zehn Millionen Jahre oder so, während der alte Pulsar mehrere Milliarden Jahre lebt - das heißt, dass der Zeitpunkt, wenn beide Pulsare gleichzeitig an sind, ist sehr kurz. Man muss also zur richtigen Zeit hinschauen. Zum anderen müssen beide Strahlen in Richtung Erde zeigen, was auch sehr unwahrscheinlich ist. So gesehen, sollte das System gar nicht existieren. Aber wir hatten halt Glück und haben es gefunden."

Michael Kramer und sein Team empfangen mit großen Radioteleskopen die regelmäßigen Pulse der beiden Himmelskörper. Weil die Materie in beiden Pulsaren extrem dicht gepackt ist und beide so eng umeinander laufen, haben die Astronomen hier ein fast perfektes "Labor", um die Effekte der Relativitätstheorie zu testen. Phänomene, die in unserem Sonnensystem nur mit größter Mühe zu entdecken sind, fallen beim Doppelpulsar sofort auf. Ein historisch wichtiger Befund für Einsteins Theorie war die Drehung der Merkurbahn um die Sonne - beim Merkur dauert eine volle Bahndrehung drei Millionen Jahre.

"Der Doppelpulsar dreht seinen Orbit in nur 20 Jahren einmal im Weltraum herum. Das war der erste Effekt, den wir am einfachsten, zwei Tage nach der Entdeckung sozusagen, gemessen haben. Dann sehen wir auch, dass der Pulsar langsamer und schneller wird, je nachdem, wie weit er von seinem Begleiter entfernt ist. Das verstehen wir, weil Uhren halt in Gravitationsfeldern langsamer und schneller gehen, je nachdem, wie weit man sich im Gravitationspotential bewegt. Außerdem sehen wir, dass der Orbit jeden Tag um sieben Millimeter schrumpft, das geschieht, weil das System Gravitationswellen abstrahlt."

Der Doppelpulsar ist gut 2000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Dennoch lassen die präzisen Radiobeobachtungen noch Bahnveränderungen im Millimeterbereich erkennen. Die beiden Pulsare verhalten sich bisher genau so, wie es nach der Theorie zu warten ist.

"Es gibt allerdings Theorien, die vorhersagen, dass gerade in starken Gravitationsfeldern die Relativitätstheorie zusammenbricht. Deshalb ist es so wichtig, Tests in starken Feldern durchzuführen. Wir haben die Relativitätstheorie auf 0,05 Prozent genau bestätigt, das ist der beste Test, den wir bis jetzt hatten."

Die Theorie zu bestätigen ist schön, sie zu widerlegen wäre für die Physiker noch schöner. Denn den Forschern ist klar, dass Einsteins Theorie nicht der Weisheit letzter Schluss sein kann. Sie versagt, um den gesamten Kosmos - im ganz Kleinen wie im ganz Großen - zu beschreiben. Aber wie genau die Theorie zu modifizieren ist, wissen die Physiker nicht - noch nicht. Michael Kramer und sein Team werden diesen Doppelpulsar in den kommenden Jahren intensiv überwachen - und hoffen, die Relativitätstheorie an einigen Punkten endlich zu widerlegen. So eine Entdeckung wäre ein wichtiger Schritt hin zur ersehnten "Weltformel".