Kosmische Katastrophe bestätigt Einsteins Relativitätstheorie

Kosmische Katastrophe bestätigt Einsteins Relativitätstheorie

Physik-News vom 10.07.2020

Im Jahr 2019 entdeckten die beiden MAGIC-Teleskope einen Gammablitz, dessen intensive Strahlung alle bisherigen Messungen übertraf. Doch die Beobachtungsdaten hatten noch mehr zu bieten: Mit ihren Auswertungen konnten die MAGIC-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bestätigen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist – und nicht von der Energie der Lichtteilchen abhängt. Die in Physical Review Letters veröffentlichte Studie ist damit ein weiterer Beleg für Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie (ART) gilt als eine der schönsten und elegantesten Theorien in der Physik. Sie beschreibt, wie Masse und Energie mit der Raumzeit wechselwirken – und damit das Phänomen der Gravitation, auch Schwerkraft genannt, herstellen. Die ART setzt voraus, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum konstant ist (Lorentzinvarianz), eine Annahme, die zahlreiche Experimente bestätigten.


Die beiden MAGIC-Teleskope am Observatorium “Roque de los Muchachos” auf der Kanareninsel La Palma, Spanien

Publikation:


MAGIC Collaboration
Bounds on Lorentz invariance violation from MAGIC observation of GRB 190114C
Phys. Rev. Letters, 9 July, 2020, Vol.: 125

DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.021301



Allerdings vermuten Physiker, dass die ART nicht die grundlegendste Theorie ist. Eine quantenmechanische Beschreibung der Gravitation – die so genannte Quantengravitation – wäre durchaus denkbar. Einige dieser Theorien verstehen die Lichtgeschwindigkeit als energieabhängige Größe. Diese Hypothese verstößt allerdings gegen das Prinzip der unabänderlichen Lichtgeschwindigkeit. Man spricht daher von der Lorentzinvarianz-Verletzung (LIV). Bisher ging man davon aus, dass die Effekte der LIV sehr klein und nicht messbar wären – es sei denn, man könnte sie über einen langen Zeitraum erfassen.

Gammablitze als Messlatte

Genau diese Möglichkeit eröffnen zum Beispiel Gammablitze. Darunter versteht man mächtige Explosionen im All, die hochvariable und extrem energiereiche Signale, insbesondere Gammastrahlen, aussenden. Gammastrahlausbrüche sind daher exzellente natürliche Laboratorien, um die Quantengravitations-Theorien auf ihre Plausibilität hin zu prüfen: Je höher die Energie der Lichtteilchen, umso wahrscheinlicher ist es, dass sich quantengravitative Effekte zeigen und sich die Lichtgeschwindigkeit verändert.


Künstlerische Darstellung eines von den MAGIC-Teleskopen und Satelliten entdeckten Gammablitzes.

Gammablitze setzen extrem viele dieser solcher Lichtteilchen (Photonen) frei, die über Milliarden Jahre unterwegs sind, bevor sie die Erde erreichen. Am 14. Januar 2019 entdeckten die MAGIC-Teleskope einen heftigen Gammastrahlenausbruch mit Energien, die 1.000 Milliarden Mal so energiereich sind wie sichtbares Licht: Der Gammablitz war der erste, bei dem eine Energie im Teraelektronenvolt (TeV)-Bereich (*) nachweisbar war.

Grundlage für weitere Tests der Quantengravitation

Die Analyse der Beobachtungsdaten lieferten den Beleg, dass die zeitversetzte Ankunft der Gammastrahlen nicht von ihrer Energie abhing. Einstein hält somit die Stellung. „Das bedeutet aber nicht, dass das MAGIC-Team mit leeren Händen dasteht“, sagt Giacomo D’Amico, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Physik. „Wir konnten den möglichen Energiebereich für das Auftreten von Effekten der Quantengravitation weiter einengen.“



Anders als frühere Arbeiten konnte das MAGIC-Team auf Gammablitz-Signale im TeV-Bereich zurückgreifen. Damit setzt die Studie einen Meilenstein für die künftige Forschung und Überprüfung von Einsteins Theorie im 21. Jahrhundert. Oscar Blanch, Sprecher des MAGIC-Forschungsverbund erklärt: „Der beobachtete Gammablitz war relativ nahe an der Erde. Wir hoffen, künftig hellere und entferntere Objekte beobachten zu können, mit denen dann noch empfindlichere Tests der Quantengravitation möglich sind.“


Info
Gammastrahlung

(*) Gammastrahlen bilden die energiereichste Strahlung im elektromagnetischen Spektrum, zu dem auch Röntgenstrahlen, UV-Licht, sichtbares Licht, Mikro- und Radiowellen zählen. Sie haben eine Energie zwischen 100 Gigaelektronenvolt und 100 Teraelektronenvolt.

Diese Newsmeldung wurde mit Material des Max-Planck-Institut für Physik via Informationsdienst Wissenschaft erstellt



   14 Meldungen
10.07.2020
Astrophysik - Relativitätstheorie
Kosmische Katastrophe bestätigt Einsteins Relativitätstheorie
Im Jahr 2019 entdeckten die beiden MAGIC-Teleskope einen Gammablitz, dessen intensive Strahlung alle bisherigen Messungen übertraf.
10.06.2020
Relativitätstheorie
Einsteins glücklichster Gedanke: die bisher beste Bestätigung
Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Astronomen vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie hat in einem Dreifachsternsystem mit dem Pulsar PSR J0337+1715 und zwei Weißen Zwergen mit extrem hoher Präzision vermessen, dass sich Neutronensterne und Weiße Zwerge in einem Schwerefeld mit gleicher Beschleunigung bewegen.
28.04.2020
Astrophysik - Relativitätstheorie
Schwarze Löcher haben keine Haare
Ein internationales Forschungsteam bestätigt mit Hilfe des Spitzer Weltraumteleskops der NASA, dass es sich bei dem kosmischen Objekt OJ 287 um eine weit entfernte Galaxie handelt, in deren Zentrum sich zwei supermassereiche Schwarze Löcher umkreisen.
16.04.2020
Astrophysik - Relativitätstheorie
ESO-Teleskop beobachtet Sternentanz um supermassereiches schwarzes Loch und bestätigt Einstein
Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben zum ersten Mal gezeigt, dass sich ein Stern, der das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße umkreist, genauso bewegt, wie es die Allgemeine Relativitätstheorie von Einstein vorhersagt.
05.12.2018
Satelliten - Relativitätstheorie
Zweite Chance für Galileo-Satelliten
Aufgrund einer Fehlfunktion der Soyuz-Oberstufe erreichten zwei Galileo-Satelliten im August 2014 nicht ihre vorgesehene Höhe.
26.07.2018
Astrophysik - Relativitätstheorie
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie wird erstmalig an einem Schwarzen Loch belegt
Neue Messungen am Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße zeigen, wie Einsteins Gravitätstheorie in der Praxis funktioniert / Veröffentlichung in Astronomy & Astrophysics
25.07.2018
Astrophysik - Relativitätstheorie
Wie man Sterne mit Gravitationslinsen wiegt
Mit Hilfe der Daten des Astrometrie-Satelliten Gaia haben Astronomen der Universität Heidelberg die Bewegung von Millionen von Sternen in der Milchstraße analysiert.
22.06.2018
Astrophysik - Relativitätstheorie
VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
Astronomen haben den bisher genauesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße durchgeführt: Die nahegelegene Galaxie ESO 325-G004 wirkt wie eine starke Gravitationslinse, die das Licht einer fernen Galaxie dahinter verzerrt und einen Einsteinring um ihr Zentrum bildet.
16.10.2017
Astrophysik - Optik - Relativitätstheorie
ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle
Teleskope der ESO in Chile haben zum ersten Mal im sichtbaren Licht eine Quelle von Gravitationswellen vermessen können.
17.08.2017
Astrophysik - Relativitätstheorie
Erster Nachweis relativistischer Effekte bei Sternen um galaktisches Zentrum
E
30.06.2017
Astrophysik - Quantenphysik - Relativitätstheorie
Einsteins Äquivalenzprinzip besteht einen echten Quantentest
Einsteins Äquivalenzprinzip ist für das Verständnis der Gravitation und der relativistischen Raumzeit von fundamentaler Bedeutung.
30.06.2017
Astrophysik - Physikdidaktik - Relativitätstheorie
Sind Zeitreisen physikalisch möglich?
In der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins der Goethe-Universität "Forschung Frankfurt" erklären zwei Physiker, warum man den Zeitpfeil nicht umkehren kann.
30.01.2015
Festkörperphysik - Quantenphysik - Relativitätstheorie
Wie allgemein ist die Allgemeine Relativitätstheorie?
Egal ob Feder, Apfel oder Ziegelstein: Im Vakuum, wenn es keine Reibung mehr gibt und nur noch die Gravitation wirkt, fallen alle Körper gleich schnell.
04.09.2013
Quantenphysik - Relativitätstheorie
In Quantenschritten zum Urknall
Ein neuer Ansatz zur Vereinigung von Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenphysik

News der letzten 7 Tage     2 Meldungen


21.10.2020
Milchstraße - Teilchenphysik
Atomarer Wasserstoff als archäologischer Nachweis für die Geschichte der Milchstraße
Eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Juan Soler vom MPIA hat ein komplexes Netzwerk aus Filamenten aus atomarem Wasserstoffgas gefunden, das die Milchstraße durchdringt.
16.10.2020
Quantenoptik - Teilchenphysik
Zepto-Sekunden: Neuer Weltrekord in Kurzzeit-Messung
Im weltweiten Wettlauf um die Messung der kürzesten Zeitspanne liegen jetzt Physikerinnen und Physiker der Goethe-Universität Frankfurt vorn.