Eine der Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ist, dass jeder rotierende Körper die Struktur der Raumzeit in seiner Umgebung mit sich herumzieht. Dies wird als „Frame-Dragging“ bezeichnet.

Im Alltag ist das Frame-Dragging nicht nachweisbar und unbedeutend, da der Effekt so lächerlich klein ist. Um die durch die gesamte Erddrehung verursachte „Frame-Dragging“-Wirkung nachzuweisen, sind Satelliten wie die 750 Millionen Dollar teure Gravity Probe B erforderlich, und es müssen Winkeländerungen in Kreiseln nachgewiesen werden, die nur etwa alle 100.000 Jahre ein Grad betragen.

Zum Glück für uns gibt es im Universum viele natürlich vorkommende Gravitationslabors, in denen Physiker Einsteins Vorhersagen in exquisiten Details beobachten können.

Die heute in Science veröffentlichte Forschungsarbeit unseres Teams enthüllt Beweise für das Nachziehen von Bildern in einem viel auffälligeren Ausmaß, wobei ein Radioteleskop und ein einzigartiges Paar kompakter Sterne verwendet wurden, die mit schwindelerregenden Geschwindigkeiten umeinander herumschwirren.

Die Bewegung dieser Sterne hätte die Astronomen zu Newtons Zeiten verblüfft, da sie sich eindeutig in einer verzerrten Raumzeit bewegen und Einsteins allgemeine Relativitätstheorie benötigen, um ihre Bahnen zu erklären.

Die allgemeine Relativitätstheorie ist die Grundlage der modernen Gravitationstheorie. Sie erklärt die genaue Bewegung der Sterne, Planeten und Satelliten und sogar den Fluss der Zeit. Eine der weniger bekannten Vorhersagen ist, dass rotierende Körper die Raumzeit mit sich ziehen. Je schneller sich ein Objekt dreht und je massereicher es ist, desto stärker ist der Luftwiderstand.

Eine Art von Objekten, für die dies sehr relevant ist, ist der Weiße Zwerg. Dabei handelt es sich um die Überreste von toten Sternen, die einst ein Vielfaches der Masse unserer Sonne hatten, deren Wasserstoffbrennstoff aber inzwischen aufgebraucht ist.

Das, was übrig bleibt, ist ähnlich groß wie die Erde, aber hunderttausendmal massereicher. Weiße Zwerge können sich auch sehr schnell drehen: Sie rotieren alle ein bis zwei Minuten und nicht alle 24 Stunden wie die Erde.

Die von einem solchen Weißen Zwerg verursachte Rahmenverschiebung wäre etwa 100 Millionen Mal so stark wie die der Erde.

Das ist alles schön und gut, aber wir können nicht zu einem Weißen Zwerg fliegen und Satelliten um ihn herum starten. Glücklicherweise ist die Natur jedoch freundlich zu den Astronomen und hat ihre eigene Methode, sie uns zu beobachten, und zwar über Sterne, die sie umkreisen und Pulsare genannt werden.

Vor zwanzig Jahren entdeckte das Parkes-Radioteleskop der CSIRO ein einzigartiges Sternenpaar, bestehend aus einem Weißen Zwerg (etwa so groß wie die Erde, aber etwa 300.000 Mal schwerer) und einem Radiopulsar (gerade mal so groß wie eine Stadt, aber 400.000 Mal schwerer).

Im Vergleich zu Weißen Zwergen spielen Pulsare in einer ganz anderen Liga. Sie bestehen nicht aus herkömmlichen Atomen, sondern aus dicht aneinander gepackten Neutronen, was sie unglaublich dicht macht. Außerdem dreht sich der Pulsar in unserer Studie 150 Mal pro Minute.

Das bedeutet, dass 150 Mal pro Minute ein „Leuchtturmstrahl“ von Radiowellen, der von diesem Pulsar ausgesendet wird, an unserem Standpunkt hier auf der Erde vorbeifliegt. Auf diese Weise können wir die Bahn des Pulsars auf seiner Umlaufbahn um den Weißen Zwerg kartieren, indem wir den Zeitpunkt des Eintreffens des Impulses in unserem Teleskop bestimmen und die Lichtgeschwindigkeit kennen. Diese Methode ergab, dass die beiden Sterne einander in weniger als 5 Stunden umkreisen.

Dieses Paar, das offiziell PSR J1141-6545 heißt, ist ein ideales Gravitationslabor. Seit 2001 sind wir mehrmals im Jahr nach Parkes gereist, um die Umlaufbahn dieses Systems zu kartieren, die eine Vielzahl von Einsteinschen Gravitationseffekten aufweist.

Die Entwicklung von Umlaufbahnen zu kartieren ist nichts für Ungeduldige, aber unsere Messungen sind lächerlich genau. Obwohl PSR J1141-6545 mehrere hundert Billiarden Kilometer entfernt ist (eine Billiarde ist eine Million Milliarden), wissen wir, dass der Pulsar 2,5387230404 Mal pro Sekunde rotiert und dass seine Bahn im Raum taumelt.

Das bedeutet, dass die Ebene seiner Umlaufbahn nicht fest ist, sondern langsam rotiert.

Wie ist dieses System entstanden?

Wenn Sternpaare geboren werden, stirbt der massereichste Stern zuerst, wobei oft ein Weißer Zwerg entsteht. Bevor der zweite Stern stirbt, überträgt er Materie auf seinen Begleiter, den Weißen Zwerg.

Wenn dieses Material auf den Weißen Zwerg fällt, bildet sich eine Scheibe, die im Laufe von Zehntausenden von Jahren den Weißen Zwerg in Schwung bringt, bis er sich alle paar Minuten dreht.

In seltenen Fällen wie diesem kann der zweite Stern dann in einer Supernova explodieren und einen Pulsar zurücklassen. Der sich schnell drehende Weiße Zwerg zieht die Raumzeit mit sich, so dass die Bahnebene des Pulsars kippt, während er mitgerissen wird. Diese Neigung haben wir durch unsere geduldige Kartierung der Bahn des Pulsars beobachtet.

Einstein selbst dachte, dass viele seiner Vorhersagen über Raum und Zeit niemals beobachtbar sein würden. Doch in den letzten Jahren gab es eine Revolution in der extremen Astrophysik, darunter die Entdeckung von Gravitationswellen und die Abbildung des Schattens eines Schwarzen Lochs mit einem weltweiten Netz von Teleskopen. Diese Entdeckungen wurden mit milliardenschweren Einrichtungen gemacht.

Glücklicherweise gibt es bei der Erforschung der allgemeinen Relativitätstheorie immer noch eine Rolle für 50 Jahre alte Radioteleskope wie das in Parkes und für geduldige Kampagnen von Generationen von Doktoranden.

Matthew Bailes, ARC Laureate Fellow, Swinburne University of Technology, Swinburne University of Technology und Vivek Venkatraman Krishnan, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Max-Planck-Institut.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.