Mithilfe von Radioteleskopen ist Astronomen eine extrem genaue Messung der Krümmung des Raumes gelungen, den die Schwerkraft der Sonne erzeugt. Die jetzt im „Astrophysical Journal“ veröffentlichte Messung bestätigt Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie und eröffnet neue Einblicke in fundamentale Prinzipien der Physik.
Schon Albert Einstein sagte 1916 in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie voraus, dass Gravitation nicht nur andere Körper anzieht, sondern auch das Licht und andere Wellen beugen kann. Demnach erzeugt die Schwerkraft der Sonne oder eines anderen Sterns eine Krümmung – eine Art Delle – im umliegenden Raumzeit-Gefüge, die den Weg eines dort entlang laufenden Lichtstrahls verändert. Seiner Theorie nach sollte diese Krümmung, als „Gamma“ bezeichnet, genau 1,0 betragen.
Wo liegt der Gammawert?
Inzwischen ist die Tatsache einer solchen Krümmung zwar bewiesen, doch die Messungen waren bisher zu ungenau, um festzustellen, ob sie tatsächlich genau Gamma=1 beträgt. Die Kenntnis dieses Gammawerts ist aber eine wichtige Voraussetzung für die zahlreichen Versuche, Einsteins Relativitätstheorie mit der moderneren Quantentheorie zu vereinbaren.
„Die von der Gravitation verursachte Krümmung des Raums zu messen ist einer der genauesten Wege um zu erfahren, wie sich Einsteins Relativitätstheorie zur Quantenphysik verhält“, erklärt Sergei Kopeikin von der Universität von Missouri. „Die Vereinigung dieser beiden ist eines der großen Ziele der Physik des 21. Jahrhunderts. Selbst ein Wert, der nur um ein Millionstel von 1,0 abweicht hätte schon große Auswirkungen auf dieses Ziel und auf die Erklärung von Phänomenen in Hochgravitationsgebieten wie den Schwarzen Löchern.“
Radioteleskope eines Kontinents zusammengeschaltet
Um die Raumkrümmung möglichst genau messen zu können, setzten Kopeikin und seine Kollegen das Very Long Baseline Array (VLBA), einen den nordamerikanischen Kontinent überspannenden Zusammenschluss von Radioteleskopen ein. Sie können so miteinander verschaltet werden, dass sie wie ein einziges, kontinentweites Teleskop arbeiten.
Quasare als Hilfsmittel
Mit diesem Instrument beobachteten die Forscher die winzigen Veränderungen, die die Sonne erzeugte, als sie im Oktober 2005 vor vier entfernten Quasaren – starken Radioquellen – vorbeiwanderte. Die Schwerkraft der Sonne verursachte eine Raumkrümmung, die die von den Quasaren ausgehenden Radiowellen minimal ablenkte und so die scheinbaren Positionen der Himmelsobjekte veränderte.
Einstein bestätigt
Mit Hilfe des VLBA gelang den Astronomen die Messung der Lichtbeugung durch die Sonnenschwerkraft auf immerhin ein 30.000stel genau. Die Messung dieser winzigen Veränderungen ergab einen Gammawert der Raumkrümmung von 0,9998 +/- 0,0003 – und damit eine sehr gute Übereinstimmung mit dem von Einstein postulierten Wert 1,0.
„Mit noch mehr Beobachtungen wie der unsrigen, zusätzlich zu den Messungen, die auch von der NASA Raumsonde Cassini durchgeführt werden, können wir die Genauigkeit des Wertes mindestens um den Faktor vier verbessern“, erklärt Edward Fomalont vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO). „Weil Gamma ein fundamentaler Parameter aller Gravitationstheorien ist, ist seine Messung mit Hilfe verschiedener Methoden entscheidend, um einen von der Physikergemeinschaft anerkannten Wert zu erhalten.“
(NRAO, 02.09.2009 – NPO)
