Gravitationstheorie

Gekrümmtes Sternenlicht

Von Sibylle Anderl
 - 14:26

Die allgemeine Relativitätstheorie hat bereits eine Vielzahl empirischer Tests mit hoher Präzision bestanden. Nicht zuletzt die direkte Detektion von Gravitationswellen, die erst vor zwei Wochen zum dritten Mal durch das Ligo-Konsortium bekanntgegeben wurde, stellt eine exzellente Bestätigung der Einsteinschen Theorie dar, in der die Gravitation als Deformation einer vierdimensionalen Raumzeit beschrieben wird. Auf den ersten Blick mag es daher wenig erstaunen, dass nun eine weitere empirische Überprüfung der Relativitätstheorie erfolgreich verlaufen ist, zumal es sich dabei um eine erneute Beobachtung desjenigen Effektes handelt, der der allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1919 zum Durchbruch verhalf: der Ablenkung des Lichts einer Hintergrundquelle durch ein Vordergrundobjekt.

Damals war das Vordergrundobjekt die total verfinsterte Sonne, die dafür sorgte, dass Hintergrundsterne nahe dem Rand der Sonnenscheibe in ihrer Position versetzt erschienen. Die Nähe unserer Sonne führt dazu, dass die scheinbare Positionsveränderung der Sterne groß genug ist, um sie von der Erde aus zu beobachten. Sofern aber andere Sterne als unsere Sonne als Vordergrundobjekt fungieren, sind die erwarteten Verrückungen erheblich kleiner – so klein, dass Einstein selbst 1936 konstatierte, es gebe keine Hoffnung, dieses Phänomen irgendwann einmal direkt beobachten zu können. Entgegen Einsteins pessimistischer Einschätzung ist es nun aber einer internationalen Gruppe von Astronomen um Kailash Sahu vom Space Telescope Science Institute in Baltimore gelungen, einen Weißen Zwerg zu beobachten, der sich vor einem Hintergrundstern so vorbeibewegt, dass dessen Licht im Gravitationsfeld des Weißen Zwerges sichtbar abgelenkt wird. Die Ergebnisse wurden im Journal „Science“ beschrieben. Die Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops konnten eine Positionsänderung des Hintergrundsterns nachweisen, die etwa tausend Mal kleiner sind als diejenigen aus dem Jahr 1919.

Das zugrundeliegende Phänomen wird als Mikrolinseneffekt beschrieben. Wenn das Vordergrundobjekt als Linse exakt vor der Hintergrundquelle steht, wird dessen Licht so an der Linse vorbeigelenkt, dass es für den Beobachter ringförmig erscheint. Wenn die Ausrichtung nicht exakt ist, wird das Licht der Quelle in zwei Bilder aufgespalten, ein schwaches nahe der Linse und ein helleres etwas weiter entfernt. Beide Bilder können in der Praxis aber nicht als getrennt aufgelöst werden – dafür ist entweder der Abstand beider zu klein oder das innere Bild zu schwach. Die Linsenwirkung zeigt sich in diesem Fall aber trotzdem durch eine Positionsverschiebung der Hintergrundquelle, genannt „astrometrischer Mikrolinseneffekt“. Das Licht der Quelle wird außerdem in seiner Gesamtintensität verstärkt. Nur aufgrund dieser Verstärkung konnte der Mikrolinseneffekt bisher nachgewiesen werden, der Nachweis des astrometrischen Mikrolinseneffekts überstieg bisher die technischen Möglichkeiten optischer Teleskope.

Sahu und Kollegen fanden das beobachtete Mikrolinsensystem im Rahmen einer großskaligen Suche, im Zuge deren die Bewegungen von etwa 5000 Sternen relativ zu entfernten Hintergrundsternen berechnet wurden. Dabei entdeckten sie, dass der etwa 18 Lichtjahre entfernte Weiße Zwerg Stein 2051 B im Jahr 2014 vor einem etwa 6500 Lichtjahre entfernten Hintergrundstern vorbeilaufen würde. In einem Zeitraum von zwei Jahren verfolgten sie daraufhin die Positionen beider Sterne. Die beobachtete Lichtablenkung lieferte nicht nur eine weitere Bestätigung von Einsteins Theorie, sondern außerdem die Messung der Masse des Weißen Zwergs.

Damit erschlossen sie eine völlig neue Methode zur Bestimmung der Masse kosmischer Objekte. Klassisch geschah dies bisher meist indirekt, beispielsweise anhand der Wirkung eines Objektes auf die Bahnbewegung eines Begleiters. Ein unabhängiges Verfahren für das Wiegen kosmischer Massen zu besitzen ist aber überaus nützlich, wie an Stein 2051 B selbst deutlich wird: Bisher ging man auf der Grundlage dynamischer Beobachtungen davon aus, dass seine Masse deutlich kleiner ist als theoretisch für einen Weißen Zwerg seiner Größe vorhergesagt. Die neuen Messungen konnten nun zeigen, dass Stein 2051 B sich doch wunderbar in die 1935 vom Astrophysiker Chandrasekhar formulierte Theorie Weißer Zwerge einfügt.

Quelle: F.A.Z.
Autorenbild/ Sybille Anderl
Sibylle Anderl
Redakteurin im Feuilleton.
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