Einsteins allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft in Bezug auf die Geometrie von Raum und Zeit. Die Messung dieser Raumkrümmung ist jedoch schwierig. Wissenschaftler haben jetzt jedoch eine kontinentweite Reihe von Radioteleskopen verwendet, um die durch die Schwerkraft der Sonne verursachte Krümmung des Weltraums äußerst genau zu messen. Diese neue Technik verspricht einen großen Beitrag zum Studium der Quantenphysik.
„Die Messung der durch die Schwerkraft verursachten Krümmung des Raums ist eine der empfindlichsten Methoden, um zu lernen, wie sich Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie auf die Quantenphysik bezieht. Die Vereinigung der Gravitationstheorie mit der Quantentheorie ist ein Hauptziel der Physik des 21. Jahrhunderts, und diese astronomischen Messungen sind ein Schlüssel zum Verständnis der Beziehung zwischen beiden “, sagte Sergei Kopeikin von der University of Missouri.
Kopeikin und seine Kollegen verwendeten das VLBA-Radioteleskopsystem (Very Long Baseline Array) der National Science Foundation, um die durch die Schwerkraft der Sonne verursachte Biegung des Lichts auf einen Teil zu messen 30,000 3.333 (von NRAO korrigiert und hier am 9.03.09 aktualisiert - weitere Informationen zur Ablenkung und Verzögerung des Lichts finden Sie unter diesem Link von Ned Wright von der UCLA). Mit weiteren Beobachtungen sagen die Wissenschaftler, dass ihre Präzisionstechnik dieses Phänomen so genau wie nie zuvor messen kann.
Die Biegung des Sternenlichts durch die Schwerkraft wurde von Albert Einstein vorhergesagt, als er 1916 seine Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie veröffentlichte. Nach der Relativitätstheorie erzeugt die starke Schwerkraft eines massiven Objekts wie der Sonne eine Krümmung im nahe gelegenen Raum, die den Lichtweg verändert oder Radiowellen, die in der Nähe des Objekts vorbeiziehen. Das Phänomen wurde erstmals 1919 während einer Sonnenfinsternis beobachtet.
Obwohl in den letzten 90 Jahren zahlreiche Messungen des Effekts durchgeführt wurden, erforderte das Problem der Verschmelzung der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantentheorie immer genauere Beobachtungen. Physiker beschreiben die Raumkrümmung und die Biegung des Gravitationslichts als einen Parameter, der als "Gamma" bezeichnet wird. Einsteins Theorie besagt, dass Gamma genau 1,0 betragen sollte.
"Selbst ein Wert, der sich von 1,0 um einen Teil in einer Million unterscheidet, hätte erhebliche Auswirkungen auf das Ziel, die Gravitationstheorie und die Quantentheorie zu vereinen und damit die Phänomene in Regionen mit hoher Schwerkraft in der Nähe von Schwarzen Löchern vorherzusagen", sagte Kopeikin.
Um äußerst präzise Messungen durchzuführen, wandten sich die Wissenschaftler an die VLBA, ein kontinentweites System von Radioteleskopen von Hawaii bis zu den Jungferninseln. Der VLBA bietet die Möglichkeit, die genauesten Positionsmessungen am Himmel und die detailliertesten Bilder aller verfügbaren astronomischen Instrumente durchzuführen.
Die Forscher machten ihre Beobachtungen, als die Sonne im Oktober 2005 fast vor vier entfernten Quasaren vorbeifuhr - weit entfernten Galaxien mit supermassiven Schwarzen Löchern in ihren Kernen -. Die Schwerkraft der Sonne verursachte leichte Veränderungen in den scheinbaren Positionen der Quasare, weil sie das Radio ablenkte Wellen kommen von den weiter entfernten Objekten.
Das Ergebnis war ein gemessener Gamma-Wert von 0,9998 +/- 0,0003 in hervorragender Übereinstimmung mit Einsteins Vorhersage von 1,0.
"Mit mehr Beobachtungen wie unserer können wir zusätzlich zu ergänzenden Messungen, wie sie mit dem Cassini-Raumschiff der NASA durchgeführt wurden, die Genauigkeit dieser Messung um mindestens den Faktor vier verbessern, um die beste Gammamessung aller Zeiten zu erzielen", sagte Edward Fomalont des National Radio Astronomy Observatory (NRAO). „Da Gamma ein grundlegender Parameter der Gravitationstheorien ist, ist seine Messung mit verschiedenen Beobachtungsmethoden entscheidend, um einen Wert zu erhalten, der von der Physik unterstützt wird“, fügte Fomalont hinzu.
Kopeikin und Fomalont arbeiteten mit John Benson von der NRAO und Gabor Lanyi vom Jet Propulsion Laboratory der NASA zusammen. Sie berichteten über ihre Ergebnisse in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 10. Juli.
Quelle: NRAO
