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Allgemeine Relativitätstheorie : Ein Pulsar taucht ab

  • -Aktualisiert am

Einstein schreibt seine Feldgleichungen an die Tafel. Bild: AP

Die Krümmung des Raums zeigt bei einem schnell rotierenden Neutronenstern einen seltsamen Effekt. Durch die starke Gravitationskraft wird der Pulsar eine Zeitlang für die Beobachtung unsichtbar.

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          Die Allgemeine Relativitätstheorie ist abermals einem Härtetest unterworfen worden, den sie mit Bravour bestanden hat. Astronomen um Joeri van Leeuwen von der Universität Amsterdam haben die Bewegung des Pulsars J1906 analysiert, der sich rund 16 000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Adler befindet. Der Pulsar, Überrest eines ehemaligen Riesensterns, umkreist in weniger als vier Stunden einen sogenannten weißen Zwergstern. Jeder der beiden Himmelskörper ist massereicher als die Sonne, ihr Abstand untereinander beträgt aber nur Ein Hundertstel der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Damit herrschen in der Umgebung des Doppelsternsystems extreme Gravitationskräfte - ein ideales „Labor“ also, um Albert Einsteins berühmtester Theorie einer Überprüfung zu unterziehen.

          Seltsame Präzisionsbewegung

          In diesem Jahr jährt sich die Erstveröffentlichung der Allgemeinen Relativitätstheorie zum hundertsten Mal. Anders als in der klassischen, im 18. Jahrhundert von Isaac Newton formulierten Gravitationstheorie erklärt sie die gegenseitige Anziehung von Massenkörpern mit einer von ihnen selbst verursachten „Verformung“ des Raumes und der Zeit. Die Deformation ist umso stärker, je massereicher die Körper sind. Sterne, Planeten und Monde müssen dem gekrümmten Raum folgen, was dazu führt, dass ihre Bahnen in der Nähe eines zweiten, massereichen Objekts ebenfalls gekrümmt werden. Auf diese Weise erklärt die Allgemeine Relativitätstheorie die Ellipsenbahnen der Planeten um die Sonne - und auch die Bewegung des Pulsars J1906.

          Ein Umlauf des Pulsars J1906 (rechts) um seinen Begleiter (mitte). Die Pfeile symbolisieren die Rotationsachse. Der deformierte Raum ist als blaues Netz dargestellt.
          Ein Umlauf des Pulsars J1906 (rechts) um seinen Begleiter (mitte). Die Pfeile symbolisieren die Rotationsachse. Der deformierte Raum ist als blaues Netz dargestellt. : Bild: Joeri van Leeuwen

          Bei dem Objekt J1906 ist die Raumkrümmung so stark, dass ein im Jahr 1916 von dem niederländischen Physiker Willem de Sitter aus den Einsteinschen Gleichungen abgeleiteter Effekt auftreten sollte: die geodätische Präzession. Außer um seinen Partnerstern dreht sich der Pulsar nämlich auch um sich selbst. Im klassischen, nicht gekrümmten Raum sollte sich die Orientierung der Rotationsachse im Raum nicht ändern. Im gekrümmten Raum jedoch zeigt die Rotationsachse nach jedem Umlauf um den Partnerstern in eine leicht andere Richtung als vorher. Bereits im Jahr 2007 hatten Physiker die Existenz der „de-Sitter-Präzession“ mit Gyroskopen an Bord der erdnahen Raumsonde „Gravity Probe B“ auf weniger als ein Prozent genau nachgewiesen.

          Die Erdachse führt ebenfalls eine Präzessionsbewegung aus - allerdings wird diese durch Sonne und Mond ausgelöst, der Einfluss der Raumkrümmung fällt dabei kaum auf. „Im von uns untersuchten Pulsarsystem gibt es diese klassische Präzession nicht, denn es fehlen Planeten oder andere Störkräfte“, erklärt van Leeuwen. „Nur durch die starke Krümmung der Raumzeit kommt es zu einer enormen geodätischen Präzession - 20 000 Mal so stark wie in unserem Sonnensystem.“

          J1906 wird unsichtbar

          Die Rotation des Pulsars selbst maßen Astronomen mit den Radiopulsen, die dieser vergleichbar den Strahlen eines Leuchtturms während seiner Rotation ins All sendet. Alle 144 Millisekunden, so schnell wirbelt J1906 um seine Achse, traf ein solcher Radiostrahl die Erde. Nach einer Beobachtungszeit von fünf Jahren stellten van Leeuwen und seine Kollegen eine Abweichung der Rotationsachse von immerhin 2,2 Grad fest, wie sie im„Astrophysical Journal“  berichten. „Die Rotationsachse hat sich nun so weit verschoben, dass der Radiostrahl die Erde nicht mehr trifft: Der Pulsar ist damit unsichtbar, selbst für die größten Teleskope“, sagt van Leeuwen.

          Es ist das erste Mal, dass Astronomen das „Verschwinden“ eines Pulsars aufgrund eines Effekts der Relativitätstheorie beobachten konnten. Immerhin: der Strahl wird sich wieder in Richtung Erde drehen, allerdings erst in 160 Jahren.

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