|
Gammablitz bestätigt Einstein
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Physik
astronews.com
10. Juli 2020
Gammastrahlenausbrüche zählen zu den energiereichsten
Explosionen im Universum. Die Beobachtung eines besonders energiereichen
Exemplars durch die beiden MAGIC-Teleskope auf La Palma führte nun zu einer
weiteren Bestätigung von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie: Die
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist konstant und hängt nicht von der Energie der
Lichtteilchen ab.
Künstlerische Darstellung eines von den
MAGIC-Teleskopen und Satelliten entdeckten
Gammablitzes.
Bild: Superbossa.com, Alice Donini
MAGIC Collaboration [Großansicht] |
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 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.
Allerdings vermuten Pysikerinnen und 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.
Genau diese Möglichkeit eröffnen zum Beispiel Gammablitze. Darunter versteht
man mächtige Explosionen im All, die hochvariable und extrem energiereiche
Signale, insbesondere Gammastrahlen, aussenden. Gammastrahlenausbrüche 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. Gammablitze setzen extrem viele dieser
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-Bereich nachweisbar war. Die Analyse der Beobachtungsdaten
lieferte 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
Teraelektronenvolt-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-Forschungsverbunds 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."
Über die Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel in der Zeitschrift
Physical Review Letters.
|
