Relativitätstheorie gilt auch für starke Gravitationsfelder

Die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein beschreibt auch die Umlaufbahnen von Himmelskörpern mit starker Schwerkraft korrekt. Das zeigen genaue Beobachtungen eines Systems aus einem Neutronenstern und zwei Weißen Zwergen, die ein Forscherteam über einen Zeitraum von sechs Jahren mit mehreren Radioteleskopen durchgeführt hat. Wie die Wissenschaftler nun im Fachjournal „Nature“ berichten, sind ihre Ergebnisse tausendmal genauer als frühere 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 von den Vorhersagen der Relativitätstheorie abweichen.

Um das Äquivalenzprinzip der Relativitätstheorie zu überprüfen, haben Archibald und ihre Kollegen das 2014 entdeckte und 4200 Lichtjahre entfernte System PSR J0337+1715 ins Visier genommen: 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 sogenannter Pulsar, der regelmäßige Radiopulse aussendet. Indem die Astronomen diese Pulse messen und auswerten, können sie die Bahnbewegungen des Systems sehr präzise berechnen. „Wir kennen die Position des Neutronensterns jederzeit auf wenige Hundert Meter genau“, so Archibald.

Mit ihren Messungen überprüften die Forscher, ob der Neutronenstern und sein enger Begleiter unterschiedlich von der Schwerkraft des äußeren Weißen Zwergs beeinflusst werden. Abweichungen von den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie könnten Hinweise auf eine „neue Physik“ liefern, die Gravitation und Quantenmechanik in einer einheitlichen Theorie zusammenfasst. Doch im Rahmen der Messgenauigkeit fanden die Astronomen um Archibald keine solche Abweichung. Damit bestätigen sie das Äquivalenzprinzip der Relativitätstheorie ein weiteres Mal.