Einstein wieder richtig! Der sich schnell drehende Pulsar folgt der Allgemeinen Relativitätstheorie

Ein einzigartiges und exotisches Labor etwa 6.800 Lichtjahre von der Erde entfernt hilft erdbasierten Astronomen dabei, Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie auf bisher nicht mögliche Weise zu testen. Und die Beobachtungen stimmen genau mit Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie überein, sagen Wissenschaftler in einem Artikel, der in der Ausgabe des Journals vom 26.Wissenschaft.

John Antoniadis, Doktorand am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn und Hauptautor der Studie, sagt, dass das bizarre Sternenpaar mit dem Very Large Telescope der ESO zusammen mit anderen Radioteleskopen ein hervorragender Testfall für Physik.

„Ich habe das System mit dem Very Large Telescope der ESO beobachtet und nach Veränderungen im Licht des Weißen Zwergs gesucht, der durch seine Bewegung um den Pulsar verursacht wird“, sagt Antoniadis. „Eine schnelle Analyse vor Ort hat mir klar gemacht, dass der Pulsar ein ziemliches Schwergewicht ist. Er hat die doppelte Masse der Sonne und ist damit der massereichste Neutronenstern, den wir kennen, und auch ein hervorragendes Labor für grundlegende Physik.“

Das seltsame Paar besteht aus einem winzigen und ungewöhnlich schweren Neutronenstern, der sich 25-mal pro Sekunde dreht. Der Pulsar mit dem Namen PSR J0348+0432 ist das Überbleibsel einer Supernova-Explosion. Doppelt so schwer wie unsere Sonne würde der Pulsar in die Grenzen der Metropolregion Denver passen; es ist nur 20 Kilometer breit oder etwa 12 Meilen. Die Schwerkraft dieses seltsamen Sterns ist mehr als 300 Milliarden Mal stärker als auf der Erde. In seinem Zentrum, wo die starke Schwerkraft die Materie noch enger zusammendrückt, würde ein zuckerwürfelgroßer Block aus Sternenzeug mehr als eine Milliarde Tonnen wiegen. Nur drei andere Pulsare außerhalb von Kugelsternhaufen drehen sich schneller und haben kürzere Perioden.

J0348+0432 passt problemlos in die Grenzen der meisten amerikanischen Städte, einschließlich Denver, Colorado. Möchten Sie sehen, wie groß J0348+0432 im Vergleich zu Ihrer Stadt ist? Schau dir das an Kartenwerkzeug . Zoomen Sie in Ihre Stadt oder suchen Sie nach ihr, geben Sie 10 km in das Entfernungsfeld ein und klicken Sie auf einen Punkt auf der Karte. Quelle: Google Maps

Darüber hinaus 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 im Jahr 2011 entdeckten, dass das Paar Wissenschaftlern ermöglichen würde, Gravitationstheorien zu testen, die zuvor nicht möglich waren. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Gravitation als Krümmung in der Raumzeit. Wie eine Bowlingkugel, die in ein gespanntes Bettlaken eingebettet ist, verbiegt und verzieht sich die Raumzeit in Gegenwart von Masse und Energie. Die 1916 veröffentlichte Theorie hat allen Tests bisher als einfachste Erklärung für beobachtete astronomische Phänomene standgehalten. Andere Gravitationstheorien machen andere Vorhersagen, aber diese Unterschiede würden sich nur in extrem starken Gravitationsfeldern zeigen, die in unserem Sonnensystem nicht vorkommen. J0348+0432 bot die Möglichkeit, Einsteins Theorie im Detail zu studieren.

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Dieses Video zeigt eine künstlerische Darstellung des exotischen Doppelobjekts PSR J0348+0432. Dieses System strahlt Gravitationsstrahlung oder Wellen in der Raumzeit aus. Obwohl diese Wellen von Astronomen auf der Erde noch nicht direkt nachgewiesen werden können, können sie indirekt nachgewiesen werden, indem die Änderung der Umlaufbahn des Systems gemessen wird, während es Energie verliert. Bildnachweis: ESO/L.Calçada

Das Team von Antoniadis kombinierte Beobachtungen des Weißen Zwergs vom Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte mit der präzisen Zeitmessung des Pulsars von anderen Radioteleskopen, darunter das Green Bank Telescope in West Virginia, das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg in Deutschland und das Arecibo-Observatorium in Puerto Rico. Astronomen sagen voraus, dass so nahe Pulsar-Doppelsterne Gravitationswellen ausstrahlen und im Laufe der Zeit winzige Energiemengen verlieren, wodurch sich die Umlaufzeit des Weißen Zwergs geringfügig ändert. Die Astronomen fanden heraus, dass die Vorhersagen für diese Änderung denen der Allgemeinen Relativitätstheorie sehr nahe kamen, während konkurrierende Theorien unterschiedlich waren.

„Unsere Radiobeobachtungen waren so präzise, ​​dass wir bereits eine Änderung der Umlaufzeit von 8 Millionstel Sekunden pro Jahr messen konnten, genau das, was Einsteins Theorie voraussagt“, sagt Paulo Freire, ein weiteres Teammitglied, in der Pressemitteilung.

Quellen:
ESO: Einstein hatte Recht – bis jetzt
Astrophysikalisches Journal: The Green Bank Telescope 350 MHz Drift-Scan Survey II: Datenanalyse und das Timing von 10 neuen Pulsaren, einschließlich einer relativistischen Binärdatei
Aspen Center for Physics Physical Application of Millisecond Pulsars Meeting Januar 2013: The Compact Relativistic Binary PSR J0348+0432