Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie überlebt den Test im Galaktischen Zentrum

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Albert Einsteins Theorie oder Relativitätstheorie besagt, dass die Schwerkraft das Ergebnis dessen ist, wie Masse Raum und Zeit verzerrt. Der theoretische Physiker entwickelte die Theorie zwischen 1907 und 1915, aber mehr als 100 Jahre später hält sie in Tests stand.

Wissenschaftler haben Einsteins Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie in schwachen Gravitationsfeldern, wie denen auf der Erde und im Sonnensystem, getestet, aber die Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie können in stärkeren Gravitationsfeldern wie denen supermassiver Schwarzer Löcher zerfallen.

Wissenschaftler sagten, dass die Entdeckung solcher Verletzungen der allgemeinen Relativitätstheorie den Weg zu neuen Theorien ebnen könnte, die einige der Geheimnisse des Universums erklären könnten, einschließlich der dunklen Materie und der dunklen Energie.

Einsteins Relativitätstheorie überlebt dennoch weiterhin Tests und der jüngste betraf das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. Sagittarius A* ist etwa 4 Millionen Mal massiver als die Sonne und hat einen Durchmesser von etwa 14,6 Millionen Meilen.

In einer neuen Studie analysierten Andrea Ghez, Professorin für Astronomie und Physik an der University of California, Los Angeles, und Kollegen die starke Anziehungskraft des Schützen A* in der Mitte der Milchstraße auf dem Stern S0-2.

Im Jahr 2018 näherte sich der Stern dem Schwarzen Loch während seiner 16-jährigen Umlaufbahn am nächsten und kam bis zu 120 astronomischen Einheiten aus dem galaktischen Zentrum mit einer Geschwindigkeit von 2,7 Prozent schneller als das Licht. Die AU ist die durchschnittliche Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, die etwa 93 Millionen Meilen entspricht.

Einsteins Relativitätstheorie überlebte einen weiteren Test. Diesmal handelte es sich um Sagittarius A*, das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße und den Stern S0-2. Abgebildet: Der in Deutschland geborene amerikanische Physiker Albert Einstein (1879 – 1955) im Jahr 1946. Foto: Getty Images/Zentrale Presse

Ghez und Kollegen verfolgten die komplette Umlaufbahn des Sterns in 3D mit dem Keck Observatorium, dem Gemini Observatorium und dem Subaru Teleskop auf Hawaii und kombinierten die Daten mit anderen Messungen der letzten 24 Jahre.

“Wir fragten, wie sich die Schwerkraft in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs verhält und ob Einsteins Theorie uns die ganze Geschichte erzählt”, sagte Ghez. “Zu sehen, wie Sterne ihre komplette Umlaufbahn durchlaufen, bietet die erste Gelegenheit, die Grundlagen der Physik mit den Bewegungen dieser Sterne zu testen.”

Die Analyse ergab eine Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie, die als “Gravitations-Rotverschiebung” bekannt ist, die auftritt, wenn das Licht durch das Gravitationsfeld um das Schwarze Loch auf längere Wellenlängen ausgedehnt wird, wodurch es sich in Richtung des roten Teils des Spektrums verschiebt.

Forscher berichteten, dass das von S0-2 erfasste Lichtspektrum die Rotverschiebung des Sterns aus der extremen Schwere des Schützen A* offenbarte, was mit den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie übereinstimmt.

“Die Allgemeine Relativitätstheorie prognostiziert, dass ein Stern, der in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs vorbeikommt, eine relativistische Rotverschiebung aufweisen sollte. Wir testen dies mit Beobachtungen des galaktischen Zentralsterns S0-2”, schrieben die Forscher.

“Wir erkennen die Kombination aus spezieller relativistischer und gravitativer Rotverschiebung, quantifiziert mit einem Rotverschiebungsparameter.”

Die Studie wurde am 25. Juli in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

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