Ein einzigartiges und exotisches Labor, das etwa 6.800 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, hilft erdgebundenen Astronomen, Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie auf eine Weise zu testen, die bisher nicht möglich war. Und die Beobachtungen stimmen genau mit Vorhersagen aus der allgemeinen Relativitätstheorie überein, sagen Wissenschaftler in einem Artikel, der in der Ausgabe des Journals vom 26. April veröffentlicht werden soll Wissenschaft.
John Antoniadis, Doktorand am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn und Hauptautor des Papiers, verwendet das Very Large Telescope von ESO zusammen mit anderen Radioteleskopen und sagt, das bizarre Sternpaar sei ein ausgezeichneter Testfall für Physik.
„Ich habe das System mit dem Very Large Telescope der ESO beobachtet und nach Änderungen des Lichts gesucht, das vom Weißen Zwerg aufgrund seiner Bewegung um den Pulsar abgegeben wird“, sagt Antoniadis. „Eine schnelle Analyse vor Ort hat mir klar gemacht, dass der Pulsar ein ziemliches Schwergewicht ist. Es ist doppelt so groß wie die Masse der Sonne und damit der massereichste Neutronenstern, den wir kennen, und auch ein hervorragendes Labor für Grundlagenphysik. “
Das seltsame Paar besteht aus einem winzigen und ungewöhnlich schweren Neutronenstern, der sich 25 Mal pro Sekunde dreht. Der Pulsar mit der Bezeichnung PSR J0348 + 0432 ist der Überrest einer Supernova-Explosion. Der Pulsar war doppelt so schwer wie unsere Sonne und passte in die Grenzen der Metropolregion Denver. Es ist nur 20 Kilometer breit oder ungefähr 12 Meilen. Die Schwerkraft dieses seltsamen Sterns ist mehr als 300 Milliarden Mal stärker als auf der Erde. In seiner Mitte, in der die intensive Schwerkraft die Materie noch enger zusammenpresst, würde ein zuckerwürfelgroßer Block von Sternenmaterial mehr als eine Milliarde Tonnen wiegen. Nur drei andere Pulsare außerhalb von Kugelhaufen drehen sich schneller und haben kürzere Perioden.
Außerdem peitscht ein viel größerer weißer Zwerg, der extrem heiße, ausgebrannte Kern eines sonnenähnlichen Sterns, alle 2,5 Stunden um J0348 + 0432.
Infolgedessen erkannten die Radioastronomen Ryan Lynch und Kollegen, die den Pulsar 2011 entdeckten, dass das Paar es Wissenschaftlern ermöglichen würde, Gravitationstheorien zu testen, die zuvor nicht möglich waren. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft als eine Krümmung in der Raumzeit. Wie eine Bowlingkugel in einem gespannten Bettlaken biegt und verzieht sich die Raumzeit in Gegenwart von Masse und Energie. Die 1916 veröffentlichte Theorie hat alle Tests bis zur einfachsten Erklärung für beobachtete astronomische Phänomene überstanden. Andere Gravitationstheorien machen andere Vorhersagen, aber diese Unterschiede würden sich nur in extrem starken Gravitationsfeldern zeigen, die in unserem Sonnensystem nicht zu finden sind. J0348 + 0432 bot die Möglichkeit, Einsteins Theorie im Detail zu studieren.
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Dieses Video zeigt einen künstlerischen Eindruck des exotischen Doppelobjekts PSR J0348 + 0432. Dieses System strahlt in der Raumzeit Gravitationsstrahlung oder Wellen ab. Obwohl diese Wellen von Astronomen auf der Erde noch nicht direkt erfasst werden können, können sie indirekt erfasst werden, indem die Änderung der Umlaufbahn des Systems gemessen wird, wenn es Energie verliert. Bildnachweis: ESO / L.Calçada
Das Team von Antoniadis kombinierte Beobachtungen des Weißen Zwergs vom Very Large Telescope des European Southern Observatory mit dem genauen Timing des Pulsars von anderen Radioteleskopen, darunter das Green Bank Telescope in West Virginia, das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg in Deutschland und das Arecibo Observatory in Puerto Rico. Astronomen sagen voraus, dass solche engen Pulsar-Binärdateien Gravitationswellen ausstrahlen und im Laufe der Zeit winzige Energiemengen verlieren, wodurch sich die Umlaufzeit des Begleiters des Weißen Zwergs geringfügig ändert. Die Astronomen stellten fest, dass die Vorhersagen für diese Änderung eng mit denen der allgemeinen Relativitätstheorie übereinstimmten, während konkurrierende Theorien unterschiedlich waren.
"Unsere Funkbeobachtungen waren so präzise, dass wir bereits eine Änderung der Umlaufzeit von 8 Millionstelsekunden pro Jahr messen konnten, genau wie es Einsteins Theorie vorhersagt", erklärt Paulo Freire, ein weiteres Teammitglied, in der Pressemitteilung.
Quellen:
ESO: Einstein hatte recht - bisher
Astrophysikalisches Journal: Das 350-MHz-Drift-Scan-Survey II des Green Bank-Teleskops: Datenanalyse und Timing von 10 neuen Pulsaren, einschließlich einer relativistischen Binärdatei
Aspen Center for Physics Physikalische Anwendung von Millisekundenpulsaren Treffen im Januar 2013: Das kompakte relativistische binäre PSR J0348 + 0432
