Einstein hatte Recht! Wissenschaftler bestätigen allgemeine Relativitätstheorie arbeitet mit entfernter Galaxie

Eine neue Studie validiert erstmals Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie in einer fernen Galaxie.

Diese Studie unterstützt unser derzeitiges Verständnis der Schwerkraft und liefert mehr Beweise für die Existenz von Dunkler Materie und Dunkler Energie - zwei mysteriöse Konzepte, die den Wissenschaftlern nur indirekt durch die Beobachtung ihrer Auswirkungen auf kosmische Objekte bekannt sind.

Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die 1916 veröffentlicht wurde, erklärt, wie Gravitation das Ergebnis eines Konzepts ist, das als das Gewebe der Raumzeit bekannt ist. Vereinfacht ausgedrückt sagt die Theorie voraus, wie stark die Masse eines Objekts - in diesem Fall eine Galaxie - die Raumzeit krümmt. [Einsteins Relativitätstheorie erklärt (Infografik)]

Seit die Theorie erstmals veröffentlicht wurde, wurde sie mehrmals in unserem Sonnensystem getestet. Aber diese neue Studie, die von einem internationalen Team von Astronomen unter Leitung von Thomas Collett vom Institut für Kosmologie und Gravitation an der Universität von Portsmouth in Großbritannien durchgeführt wurde, ist der erste präzise Test der allgemeinen Relativitätstheorie in einem großen astronomischen Maßstab, so die Forscher.

Mithilfe von Daten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA und des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile stellte das Forscherteam fest, dass sich die Gravitation in einer weit entfernten Galaxie genauso verhält wie in unserem Sonnensystem - genau wie Einsteins Theorie es vorhersagt.

Die Forscher testeten die Annahme, dass "die gleichen Gesetze der Physik, die hier auf der Erde funktionieren, überall anders gelten", sagte Terry Oswalt, Astronom und Professor für Physik an der Embry-Riddle Aeronautical University in Florida, in einer E-Mail an ProfoundSpace. org. Die Überprüfung der allgemeinen Relativitätstheorie "auf allen möglichen Skalen (besonders auf der größten Skala) ist von grundlegender Bedeutung für die Physik insgesamt und insbesondere für die Kosmologie", fügte Oswalt hinzu, der an der neuen Studie nicht beteiligt war.

Bei der Validierung der allgemeinen Relativitätstheorie dienen die Ergebnisse auch als zusätzlicher Beweis für die Existenz von dunkler Materie und dunkler Energie, sagte Collett zu ProfoundSpace.org. Dunkle Materie und dunkle Energie sind zwei der "seltsamen Dinge", die im Standardmodell der Kosmologie existieren, sagte Collett.

Das Standardmodell ist eine Theorie, die beschreibt, wie fundamentale Kräfte und Teilchen im Universum zusammenwirken und sich verhalten, und es zielt darauf ab, unsere Beobachtungen und Experimente zu erklären. Unser Unverständnis und die Erklärung dunkler Materie und dunkler Energie, "die beiden größten Geheimnisse der Kosmologie heute", führen laut Oswalt jedoch dazu, dass das Standardmodell in Frage gestellt wird.

"Ich bezweifle, dass Astronomen bald das Standardmodell der Kosmologie aufgeben werden", sagte Oswalt. Statt auf das Standardmodell zu verzichten, versuchen die Forscher, "die Modelle die beobachteten Daten genauer erklären zu lassen", fügte er hinzu.

Im Standardmodell wird die Dunkle Materie benötigt, um zu erklären, wie schnell Sterne um Galaxien und Dunkle Energie umkreisen, um zu erklären, warum sich das Universum schneller ausbreitet, so Collett.

Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass "alternative Gravitationstheorien", wie Collett beschrieben, eine Notwendigkeit für dunkle Materie und dunkle Energie im Standardmodell beseitigen könnten. Da dieses Team jedoch herausgefunden hat, dass die Gravitation außerhalb unseres Sonnensystems funktioniert, wie es in unserem Sonnensystem der Fall ist, scheint es, dass unser Verständnis der Schwerkraft korrekt ist und dunkle Materie und dunkle Energie immer noch in das Standardmodell passen.

Collett stellte fest, dass diese Studie kein konkreter "Beweis" für dunkle Materie und dunkle Energie ist, aber sie dient als zusätzlicher Beweis dafür, dass sie existieren.

Um die allgemeine Relativitätstheorie außerhalb unseres Sonnensystems zum ersten Mal zu validieren, verwendete das Forscherteam starke Gravitationslinsen, eine Technik, bei der ein massives Objekt - in diesem Fall eine Galaxie - wie eine riesige Linse wirkt, indem es das Licht so stark verbiegt ein Hintergrundobjekt, auch eine Galaxie, ist verzerrt. Dieses Team von Astronomen nutzte die Galaxie ESO 325-G004, weil es eine der nächsten Objektive zur Erde ist, nur etwa 500 Millionen Lichtjahre entfernt.

Wenn die beiden Objekte gut ausgerichtet sind, erzeugt dieser Effekt einen Ring von Bildern der Hintergrundgalaxie, bekannt als "Einstein-Ring". Der Radius dieses Rings "ist proportional zur Ablenkung des Lichts", sagte Collett, "wenn man also den Radius des Rings misst, kann man die Krümmung [der Raum-Zeit] messen."

Zusätzlich zur Messung der Raum-Zeit-Kurve mussten die Forscher die Masse der Galaxie bestimmen, da die allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt, wie viel Krümmung durch eine Masse erzeugt wird. Sie berechneten diese Masse, indem sie messen, wie schnell die Sterne der Galaxie reisen. Dann, durch Vergleich dieser gemessenen Masse mit der gemessenen Krümmung der Raumzeit, fand das Team, was die allgemeine Relativitätstheorie für diese Masse oder Galaxie vorhersagt.

Soweit wir wissen, ist die Allgemeine Relativitätstheorie, auch außerhalb unseres Sonnensystems, die korrekte Gravitationstheorie, sagte Collett. Dieses Astronomenteam hofft, noch weiter entfernte Galaxien und Linsen zu untersuchen und zu verifizieren, dass die Gravitation im gesamten Kosmos funktioniert.

"Es ist so befriedigend, die besten Teleskope der Welt zu benutzen, um Einstein herauszufordern, nur um herauszufinden, wie richtig er war", sagte Teammitglied Bob Nichol, Direktor des Instituts für Kosmologie und Gravitation, in einer Erklärung.

Die Arbeit wird heute (21. Juni) in der Zeitschrift Science veröffentlicht.