Eine der Vorhersagen in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist, dass jeder rotierende Körper das Gewebe der Raum-Zeit um sich herum verschiebt. Dieses Phänomen wird als “Frame Dragging” bezeichnet.
Im Alltag ist das Ziehen und Ablegen von Frames unwichtig, da der Effekt unglaublich gering ist. Um diesen Effekt zu erkennen, der durch die gesamte Erdrotation verursacht wird, sind Satelliten wie die 750 Millionen US-Dollar teure „Schwerkraftsonde B“ erforderlich, mit der Winkeländerungen in Gyroskopen festgestellt werden, die etwa alle 100.000 Jahre einem Grad entsprechen.
Zum Glück gibt es im Universum viele Laboratorien für natürliche Schwerkraft, in denen Physiker Einsteins Vorhersagen in ihrer ganzen Pracht beobachten können.
Krümmung von Raum – Zeit. (Mark Myers / OzGrav ARC-Kompetenzzentrum)
Eine in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie des Wissenschaftlerteams enthüllt Hinweise darauf, dass Frames mit einem Radioteleskop und einem einzigartigen Paar kompakter Sterne, die sich mit halsbrecherischer Geschwindigkeit umkreisen, in einem viel auffälligeren Maßstab gezogen und fallen gelassen werden.
Die Bewegung dieser Sterne hätte Astronomen zu Newtons Zeiten verwirren können, da sie sich eindeutig in einer gekrümmten Raumzeit bewegen, und Einsteins allgemeine Relativitätstheorie ist erforderlich, um ihre Flugbahnen zu erklären.
Die allgemeine Relativitätstheorie ist die Grundlage der modernen Gravitationstheorie. Dies erklärt die genaue Bewegung von Sternen, Planeten und Satelliten und sogar den Lauf der Zeit. Eine ihrer weniger bekannten Vorhersagen ist, dass rotierende Körper Raum-Zeit mit sich ziehen. Je schneller sich das Objekt dreht und je massiver es ist, desto deutlicher wird die Raum-Zeit-Verschiebung.
Eine Art von Objekt ist ein weißer Zwerg. Dies sind die Überreste von toten Sternen, die einmal mehrmals die Masse unserer Sonne hatten, aber ihren Wasserstoffbrennstoff erschöpft haben.
Was bleibt, ist ähnlich groß wie die Erde, aber hunderttausendmal massereicher. Weiße Zwerge können sich auch sehr schnell drehen und alle ein oder zwei Minuten eine vollständige Umdrehung ausführen, anstatt wie die Erde 24 Stunden lang.
Das durch einen solchen weißen Zwerg verursachte Ziehen wäre etwa 100 Millionen Mal stärker als das der Erde.
Das ist alles schön und gut, aber wir können nicht zu einem weißen Zwerg fliegen und Satelliten um ihn herum starten. Glücklicherweise ist die Natur freundlich zu Astronomen und hat ihre eigene Art, sie durch umlaufende Sterne, sogenannte Pulsare, zu beobachten.
Vor zwanzig Jahren entdeckte das CSIRO Parkes-Radioteleskop ein einzigartiges Sternpaar, das aus einem weißen Zwerg (die Größe der Erde, aber ungefähr 300.000 Mal schwerer) und einem Funkpulsar (die Größe einer kleinen Stadt, aber 400.000 Mal schwerer als die Erde) besteht.
Im Vergleich zu weißen Zwergen befinden sich Pulsare im Allgemeinen auf einem anderen Niveau. Sie bestehen nicht aus gewöhnlichen Atomen, sondern aus zusammengepressten Neutronen, was sie unglaublich dicht macht. Darüber hinaus dreht sich der Pulsar 150 Mal pro Minute.
Dies bedeutet, dass 150 Mal pro Minute ein von diesem Pulsar ausgesendeter „Leuchtfeuerstrahl“ von Radiowellen an unserem Aussichtspunkt hier auf der Erde vorbeizieht. Wir können dies verwenden, um den Weg des Pulsars abzubilden, während er sich um den Weißen Zwerg dreht, basierend auf der Zeit, zu der sein Puls unser Teleskop erreicht und die Lichtgeschwindigkeit kennt. Diese Methode zeigte, dass sich zwei Sterne in weniger als 5 Stunden gegenseitig umkreisen.
Dieses Paar mit dem offiziellen Namen PSR J1141-6545 ist ein ideales Schwerkraftlabor. Seit 2001 sind Wissenschaftler mehrmals im Jahr zu CSIRO Parkes gereist, um die Umlaufbahn dieses Systems abzubilden, das viele von Einsteins Gravitationseffekten zeigt.
Obwohl PSR J1141-6545 mehrere hundert Billiarden Kilometer entfernt ist (Billiarden – Millionen Milliarden), wissen wir, dass sich der Pulsar 2,5387230404 Mal pro Sekunde dreht und dass seine Umlaufbahn im Gleichgewicht ist.
Dies bedeutet, dass die Ebene seiner Umlaufbahn nicht fest ist, sondern sich langsam dreht.
Wie ist dieses System entstanden?
Wenn Sternpaare entstehen, stirbt der massereichste zuerst und erzeugt oft einen weißen Zwerg. Bevor der zweite Stern stirbt, überträgt er Materie auf seinen Begleiter.
Ein weißer Zwerg dreht sich, während er Materie von seinem Begleiter aufnimmt. (ARC-Kompetenzzentrum für die Entdeckung von Gravitationswellen)
Eine Scheibe bildet sich, wenn dieses Material auf einen weißen Zwerg fällt, und beschleunigt den weißen Zwerg für Zehntausende von Jahren.
In seltenen Fällen kann ein zweiter Stern in eine Supernova explodieren und einen Pulsar zurücklassen. Der sich schnell drehende weiße Zwerg zieht Raum-Zeit mit sich, wodurch die Umlaufbahn des Pulsars kippt. Diese Neigung haben wir bei unserer Kartierung der Umlaufbahn des Pulsars beobachtet.
Einstein selbst dachte, dass viele seiner Vorhersagen über Raum und Zeit niemals entdeckt werden würden. In den letzten Jahren gab es jedoch eine Revolution in der extremen Astrophysik, einschließlich der Entdeckung von Gravitationswellen und Bildern eines Schwarzen Lochs mithilfe eines weltweiten Teleskopnetzwerks.
Matthew Bales, ARC-Forschungsstipendiat, Technische Universität Swinburne, Forschungsstipendiat des Max-Planck-Instituts.
Dieser Artikel wurde von The Conversation veröffentlicht.
Quellen: Foto: Mark Myers / ARC-Kompetenzzentrum OzGrav / Swinburne University of Technology
