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RELATIVITÄTSTHEORIE
Messungen am Doppel-Pulsar
von Rainer Kayser
15. September 2006

Wissenschaftler sind von Natur aus kritisch und so ist es nur zu verständlich, dass zahlreiche Forschergruppen nach Möglichkeiten suchen, die Vorhersagen von Einsteins Relativitätstheorie zu bestätigen oder aber etwaige Widersprüche aufzudecken. Ein Doppel-Pulsar bot Astronomen nun genau diese Möglichkeit: Messungen an dem System bestätigten jedoch die Vorhersagen Einsteins mit einer Genauigkeit von 0,05 Prozent.

Doppelpulsar

Der Doppel-Pulsar bietet den Astronomen eine einmalige Möglichkeit zum Test von Einsteins Theorie. Bild: Michael Kramer, Jodrell Bank Observatory

Zwei ultragenaue Uhren, die sich auf engen Bahnen in einem starken Schwerefeld umkreisen - damit ließe sich die Allgemeine Relativitätstheorie Albert Einsteins hervorragend testen. Die Physiker brauchen von einem solchen Experiment nicht länger träumen. Die Natur liefert es ihnen frei Haus: 2.000 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreisen sich zwei Pulsare, extrem dichte Gestirne, die regelmäßig Radiosignale aussenden. Ein internationales Forscherteam berichtet in der Online-Ausgabe des Fachblatts Science von einer dreijährigen Vermessung des Pulsarsystems. Die Ergebnisse bestätigen mit einer Genauigkeit von 0,05 Prozent die Allgemeine Relativitätstheorie.

"Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt das System, so weit wir es bislang kennen, im Rahmen der Messgenauigkeit absolut perfekt", fasst Ingrid Stairs von der University of British Columbia im kanadischen Vancouver das Ergebnis der Beobachtungen zusammen, die sie gemeinsam mit Kollegen aus Australien, Großbritannien, Italien und den USA durchgeführt hat. Der Doppelpulsar PSR J0737-3039 ist ein einzigartiges System, weil beide Pulsare so orientiert sind, dass sich ihre Radiopulse auf der Erde empfangen lassen. Dadurch lassen sich die Bahnen der beiden Himmelskörper, die sich in einem Abstand von nur einer Million Kilometer umkreisen, genau vermessen.

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Pulsare sind Neutronensterne, ultradichte Sternenleichen, die bei einem Durchmesser von rund 20 Kilometern die Masse einer Sonne enthalten. Sie senden stark gebündelte Radiostrahlen aus, die durch die schnelle Rotation der Neutronensterne wie die Strahlen eines Leuchtturms durch das All schwenken. Wird die Erde von diesen Strahlen getroffen, so registrieren die Astronomen mit ihren Antennen regelmäßige Radiopulse. Die beiden Pulsare von PSR J0737-3039 besitzen Perioden von 22 Millisekunden und 2,7 Sekunden und umkreisen einander in 2,4 Stunden.

Durch die rasante Bewegung der Pulsare auf ihren Bahnen schwanken von der Erde aus gesehen ihre Perioden: bewegen sie sich auf die Erde zu, dann folgen die Pulse schneller aufeinander, bewegen sie sich von der Erde weg, dann verlangsamt sich die Periode. Aus der Beobachtung dieser Variationen konnten Stairs und ihre Kollegen die genauen Bahnparameter des Systems bestimmen und mit den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie vergleichen. Es handelt sich um den bislang genauesten Test dieser Theorie in starken Gravitationsfeldern.

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