Einsteins allgemeine Relativitätstheorie wurde erneut bestätigt, diesmal durch das Wackeln eines Pulsars, der 25.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Über einen Zeitraum von 14 Jahren beobachteten Astronomen den sich drehenden Neutronenstern PSR J1906 + 0746.
Ihr Ziel? Untersuchung des Wackelns oder der Präzession zweier Pulsare auf ihrer Umlaufbahn, ein seltenes Phänomen, das durch die allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagt wird.
Die Astronomen unter der Leitung von Gregory Desvignes vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn veröffentlichten ihre Ergebnisse in der 6. September-Ausgabe der Zeitschrift Science. Ihre Ergebnisse könnten helfen, die Anzahl dieser sogenannten binären Pulsare in unserer Galaxie und die Rate von Neutronensternfusionen abzuschätzen, die Gravitationswellen erzeugen könnten (die auch durch die Relativitätstheorie vorhergesagt werden), die auf der Erde beobachtet werden können.
Pulsare sind sich schnell drehende Neutronensterne, die Strahlen geladener Teilchen von ihren Magnetpolen ausstrahlen. Intensive Magnetfelder beschleunigen die Partikel auf nahezu Lichtgeschwindigkeit und erzeugen Strahlen von Radiowellen, die wie kosmische Leuchttürme in den Weltraum scheinen. Mit uhrähnlicher Präzision drehen sich Pulsare bis zu Tausenden Mal pro Sekunde und erzeugen einen vorhersagbaren Impuls, wenn die Strahlen über die Erde streichen. Die kompakten Kerne der toten Sterne drängen mehr Masse als unsere Sonne in den Raum einer Stadt und sind die kompaktesten Objekte im Universum - ideale Testpersonen für die Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie.
"Pulsare können Schwerkrafttests liefern, die auf keine andere Weise durchgeführt werden können", sagte die Co-Autorin der Studie, Ingrid Stairs, von der University of British Columbia in Vancouver, in einer Erklärung. "Dies ist ein weiteres schönes Beispiel für einen solchen Test."
Die allgemeine Relativitätstheorie, die Albert Einstein erstmals 1915 formulierte, beschreibt, wie Materie und Energie das Gefüge der Raumzeit verzerren, um die Schwerkraft zu erzeugen. Massive dichte Objekte wie Pulsare können die Raumzeit dramatisch verbiegen. Wenn sich zwei Pulsare gegenseitig umkreisen, sagt die allgemeine Relativitätstheorie voraus, dass sie beim Drehen ein leichtes Wackeln erzeugen können, wie ein sich langsam drehender Kreisel. Diese Konsequenz der Schwerkraft wird als relativistische Spinpräzession bezeichnet.
Als Astronomen 2004 PSR J1906 + 0746 entdeckten, sah es aus wie fast jeder andere Pulsar, wobei bei jeder Umdrehung zwei bestimmte polarisierte Strahlen sichtbar waren. Als der Neutronenstern jedoch ein zweites Mal Jahre später beobachtet wurde, erschien nur ein Strahl. Das Team von Desevignes durchsuchte die Beobachtungen von 2004 bis 2018 und stellte fest, dass das Verschwinden des Strahls durch die Präzession des Pulsars verursacht wurde.
Unter Verwendung der 14-jährigen Daten entwickelten sie ein Modell, das sich über 50 Jahre erstreckte und das Verschwinden und Wiederauftreten beider Strahlen aus der Präzession genau vorhersagte. Beim Vergleich des Modells mit der Beobachtung stimmte die Präzessionsrate mit nur 5% Unsicherheit überein. Die Daten stimmten perfekt mit Einsteins Theorie überein.
"Das Experiment hat lange gedauert", sagte Michael Kramer, Direktor der Forschungsabteilung Grundlegende Physik in der Radioastronomie des Max-Planck-Instituts, in einer Erklärung. "Geduld und Fleiß haben sich wirklich ausgezahlt."
