Astrophysik: Sternenpaar bestätigt Einsteins Theorie

Bei der Beobachtung von Sternen haben Astronomen neue Hinweise auf Gravitationswellen gefunden. Albert Einstein hatte in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie bereits vorausgesagt, dass es solche Stauchungen der Raumzeit geben muss. Ein direkter Nachweis dieses Phänomens ist bisher nicht gelungen, doch Warren Brown vom Smithsonian Astrophysical Observatory und Kollegen präsentieren nun Daten, die Einsteins Theorie mit bislang unerreichter Präzision stützen.

Wie sie in den „Astrophysical Journal Letters“ berichten, umkreisen sich die beiden Weißen Zwerge mit der Katalogbezeichnung „J0651“ alle 12,75 Minuten auf einer extrem engen Bahn – und sie nähern sich einander für astronomische Verhältnisse rasant an. Ihre Umlaufzeit verkürzt sich pro Jahr um 0,31 Millisekunden. Damit bestätigt das Sternenpaar eine wichtige Vorhersage Einsteins: Beschleunigt bewegte Massen strahlen Gravitationswellen ab, dadurch verliert ein enges Doppelsternsystem Energie.

„Unser Ergebnis ist die bislang sauberste und stärkste Entdeckung des Einflusses von Gravitationswellen“, sagt Brown. Gemeinsam mit seinen Kollegen hatte er 13 Monate lang die exakten Zeiten der gegenseitigen Verfinsterungen der Zwergsterne gemessen. Da wir von der Erde aus genau in die Bahnebene des 3000 Lichtjahre entfernten Systems blicken, ziehen die Sterne regelmäßig voreinander vorüber.

„Im Vergleich zum April 2011, als wir das Objekt entdeckt haben, kommt es nun sechs Sekunden früher als erwartet zu diesen Verfinsterungen“, erläutert Mukremin Kilic von der Universität von Oklahoma. Und Brown ergänzt: „Das ist ein Effekt der Allgemeinen Relativitätstheorie, der sich mit einer Armbanduhr messen lässt.“ Die Astronomen erwarten, dass sich der Effekt immer mehr beschleunigt. Im Mai 2013 sollten die Verfinsterungen bereits 20 Sekunden früher auftreten als im April 2011. Und in etwa zwei Millionen Jahren werden die Weißen Zwerge miteinander verschmelzen.

Hinweise auf Gravitationswellen gab es bereits früher. Russell Hulse und Joseph Taylor gelang mithilfe von radioastronomischen Beobachtungen ein indirekter Nachweis über den Energieverlust des Doppel-Pulsars „PSR 1913+16“ – eine Entdeckung, die ihnen den Physiknobelpreis einbrachte. Die Beobachtungen von Brown und seinen Kollegen sind nun der erste indirekte Nachweis von Gravitationswellen im Bereich des sichtbaren Lichts. „J0651“ sind das einzige bekannte Sternenpaar, dessen Umlaufbahn eng genug für eine derartige Messung ist – und die sich noch nicht gegenseitig berühren und dadurch ihre Bahnen verändern.