Einsteins Relativitätstheorie bestätigt: Das Gesetz des freien Falls gilt auch für Sterne

Die Allgemeine Relativitätstheorie Albert Einsteins beschreibt auch die Umlaufbahnen von Himmelskörpern mit starker Schwerkraft korrekt. Das zeigen genaue Beobachtungen eines Systems aus einem Neutronenstern und zwei Weißen Zwergsternen, die ein internationales Forscherteam über einen Zeitraum von sechs Jahren mit mehreren Radioteleskopen durchgeführt hat und jetzt im Fachblatt „Nature“ vorstellt.

Ob Feder oder Stern, alles wird von der Gravitation gleich beschleunigt

„Einsteins Theorie der Schwerkraft – die Allgemeine Relativitätstheorie – basiert auf der Allgemeingültigkeit des freien Falls“, sagt Anne Archibald von der Universität Amsterdam. „Demnach ist die Beschleunigung für alle Objekte in einem äußeren Gravitationsfeld gleich groß.“ Dieses Äquivalenzprinzip lässt sich zwar im Labor mit hoher Genauigkeit überprüfen – etwa mit dem Vergleich des freien Falls einer Feder oder einer Eisenkugel im Vakuum –, allerdings ist das nur für kleine Massen möglich. Das lässt die Möglichkeit offen, dass große Objekte mit einer starken Eigengravitation, etwa Sterne, Abweichungen von den Vorhersagen der Relativitätstheorie zeigen.

4200 Lichtjahre entferntes Sternensystem auf wenige hundert Meter genau vermessen

Archibald und ihre Kollegen haben daher das 2014 entdeckte, 4200 Lichtjahre entfernte System PSR J0037+1715 vermessen, um das Äquivalenzprinzip der Relativitätstheorie zu überprüfen. Es besteht aus einem Neutronenstern und einem Weißen Zwerg, die sich auf einer extrem engen Bahn alle 1,6 Tage umkreisen.

Dieses Paar wird von einem weiteren Weißen Zwerg innerhalb von 327 Tagen umrundet. Anhand der Radiopulse, die der Neutronenstern (ein Pulsar) regelmäßig aussendet, können die Astronomen die Bahnbewegungen des Sternen-Trios mit hoher Genauigkeit messen. „Wir kennen die Position des Neutronensterns jederzeit auf wenige hundert Meter genau“, so Archibald.

Mit ihren Messungen konnten die Forscher überprüfen, ob der Neutronenstern und der Weiße Zwerg in dem engen Paar unterschiedlich von der Schwerkraft des äußeren Weißen Zwergs beeinflusst werden. Doch im Rahmen der Messgenauigkeit stellten die Astronomen keine Unterschiede fest. Das lasse den Spielraum für alternative Theorien der Gravitation erheblich schrumpfen.