Relativitätstheorie Schwarzes Loch gibt Einstein recht

Mit 25 Millionen Kilometern pro Stunde rast ein Stern um ein schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße. Forscher beobachteten das seltene Spektakel und stellen nun fest: Einstein hatte recht - mal wieder.

Künstlerische Darstellung zeigt schwarzes Loch und Orbit dreier umliegender Sterne
AFP PHOTO /ESO/ M.PARSA/ L.CALCADA

Künstlerische Darstellung zeigt schwarzes Loch und Orbit dreier umliegender Sterne


Im Zentrum der Milchstraße haben Astronomen eine weitere Bestätigung für Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie gefunden: Erstmals konnten sie die sogenannte Gravitationsrotverschiebung an einem schwarzen Loch nachweisen. Die Relativitätstheorie gilt als Einsteins Meisterstück. Sie ist so komplex, dass nach ihrer Präsentation im Jahr 1915 das Gerücht die Runde machte, nur drei Menschen auf der Welt könnten sie verstehen.

Tatsächlich übersteigt die Theorie die menschliche Vorstellungskraft, denn sie rüttelt an der Annahme, dass Zeit immer gleich schnell vergeht. Laut Einsteins Theorie verformt Materie die Raumzeit - je schwerer und dichter die Materie ist, umso tiefer ist die Delle in der Raumzeit. Eine extrem dichte Masse kann die Raumzeit so stark krümmen, dass die Delle unüberwindbar tief wird. Alles in der Delle ist in ihr gefangen und vom Rest des Universums entkoppelt, selbst Licht kann nicht mehr herausgelangen.

Ein solches Gebilde hat eine enorme Anziehungskraft auf alles in seiner Umgebung. Es kann die Massen mehrerer Sonnen verschlingen und in einem Punkt zusammenpressen. In ihrem Zentrum steht die Zeit still.

Alles relativ
Spezielle Relativitätstheorie (1905)
Die spezielle Relativitätstheorie, kurz SRT, erklärt die Bewegung von Körpern und Feldern in Raum und Zeit. Zu ihren wichtigsten Annahmen gehört, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Dies hat unter anderem zur Folge, dass für sich sehr schnell, also nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegende Objekte, die Zeit langsamer vergeht als für ruhende - auch bekannt als Zwillingsparadoxon. Albert Einsteins Arbeit "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" aus dem Jahr 1905 gilt als Basis der SRT.
Allgemeine Relativitätstheorie (1915)
Die allgemeine Relativitätstheorie (ART) erweitert die spezielle Relativitätstheorie (SRT) um das Phänomen der Gravitation. Die Anziehung zwischen Massen interpretiert sie dabei als Krümmung der vierdimensionalen Raumzeit. Albert Einstein stellte die Grundzüge der ART im November 1915 in vier Vorträgen der Preußischen Akademie der Wissenschaften in Berlin vor.

Direkt sehen kann man solche schwarzen Löcher nicht, sie geben kein Licht ab. Doch ihre Wirkung auf ihre Umgebung verrät sie. Seit den Siebzigerjahren haben Forscher immer mehr Kandidaten für ein schwarzes Loch entdeckt. Mittlerweile vermutet man im Zentrum einer jeden Galaxis ein solches Ungetüm.

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Auch im Zentrum der Milchstraße existiert eines, 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Wissenschaftler um Reinhard Genzel vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München hatten den Stern S2 ins Visier genommen und genau verfolgt, wie er das extrem massereiche schwarze Loch im Zentrum unserer Heimatgalaxie passierte. Ihre Beobachtungen mit dem "Very Large Telescope" (VLT) der Europäischen Südsternwarte Eso stellen die Forscher im Fachblatt "Astronomy & Astrophysics" vor.

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Der Stern S2 umrundet das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße etwa alle 15 Jahre. Auf seiner eiförmigen Bahn nähert er sich bis auf 14 Milliarden Kilometer dem schwarzen Loch an - das entspricht ungefähr dem dreifachen Abstand des äußersten Planeten unseres Systems, Neptun, zur Sonne.

Mit 25 Millionen Stundenkilometern ums schwarze Loch

Der Stern wird dabei sehr schnell, er erreicht ein Tempo von mehr als 25 Millionen Kilometern pro Stunde, fast drei Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Nach Einsteins vor mehr als 100 Jahren veröffentlichten Theorie sollte das Licht des Sterns durch die starke Gravitationskraft des schwarzen Lochs etwas röter werden - die Lichtwellenlänge wächst. Genau diesen Effekt haben die Forscher nun beobachtet.

Die Entdeckung dieser Gravitationsrotverschiebung sei der Höhepunkt einer insgesamt 26-jährigen Beobachtungskampagne, teilte die Max-Planck-Gesellschaft in mit. "Wir haben seit einer Dekade gezielt danach gesucht und das Experiment vorbereitet", berichtete Genzel.

"Das ist das zweite Mal, dass wir den nahen Vorbeiflug von S2 um das schwarze Loch in unserem galaktischen Zentrum beobachtet haben. Aber diesmal konnten wir den Stern aufgrund der deutlich verbesserten Instrumente mit bisher unerreichter Detailauflösung verfolgen." Co-Autor Stefan Gillessen vom Garchinger Institut sagte: "Damit konnten wir den Stern auf seiner Umlaufbahn extrem genau verfolgen und schließlich die gravitative Rotverschiebung im Spektrum von S2 nachweisen."

koe/dpa



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