Abgelenktes Licht als kosmische Waage

Massereiche Objekte lenken das Licht von Sternen ab: Diesen Effekt haben Forscher nun mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops erstmals außerhalb unseres Sonnensystems beobachtet und damit die Masse eines Weißen Zwergs bestimmt.

„Lichter am Himmel alle schief …. Einsteins Theorie triumphiert“: So titelte die „New York Times“ am 10. November 1919. Es war eine Sonnenfinsternis, die Einstein berühmt machte und seine erst wenige Jahre junge Allgemeine Relativitätstheorie bestätigte. Sie besagt, dass große Massen wie die Sonne den Raum krümmen. Dadurch wird Licht abgelenkt, stärker als es die klassische Physik annehmen würde.

Deswegen sollten Sterne, die von der Erde aus gesehen nahe an der Sonne stehen, gegenüber ihrer eigentlichen Position verschoben erscheinen. Genau das konnten britische Forscher am 29. Mai 1919 bei der Sonnenfinsternis auf der Insel Principe vor der westafrikanischen Küste beobachten. Die Abweichung war zwar gering, aber sie reichte als Beweis von Einsteins Theorie, der einige Monate später veröffentlicht wurde.

Rare Konstellation

1936 erweiterte der mittlerweile weltberühmte Physiker das Konzept. In einem Aufsatz beschreibt er, dass massereiche Objekte durch die Raumkrümmung wie Linsen funktionieren und die Helligkeit von dahinterliegenden Sternen oder Galaxien verstärken. Das Phänomen wird als Gravitationslinseneffekt bezeichnet.

Video: Gravitationslinseneffekt durch Weißen Zwerg

Wenn das Objekt direkt hinter der Linse liegt, erscheint ein Einsteinring. Wenn die beiden Objekte nicht exakt hintereinander ausgerichtet sind, ist der Ring asymmetrisch. Eine solche Konstellation hat das Team um Kailash C. Sahu vom Space Telescope Science Institute in Baltimore nach einer gezielten Suche nun mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops erfasst.

Außerhalb des Sonnensystems konnte eine derartige Ablenkung des Lichts durch einen massereichen Körper bis jetzt nicht beobachtet werden, schreiben die Forscher in ihrer Publikation. Das liege daran, dass die Abweichung winzig ist - nur ein Bruchteil von jener, die die Wissenschaftler bei der Sonnenfinsternis im Jahr 1919 gemessen haben.

Von Ablenkung auf Masse

Für seine Studie hatte Sahus Teams die scheinbaren Positionen eines fernen Sterns gemessen, dessen Licht durch einen Weißen Zwerg namens Stein 2051 B abgelenkt wurde, und zwar zu acht verschiedenen Zeitpunkten von Oktober 2013 bis Oktober 2015. Laut Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie hängt die Ablenkung des Lichts ja von der Masse des Objekts ab. D.h., je größer die Ablenkung, desto größer auch die Masse. Also konnten die Forscher von den Ablenkungen auf die Masse von Stein 2051 B schließen: Sie beträgt ungefähr zwei Drittel der Masse unserer Sonne.

Grafik: Ablenkung des Lichts durch Weißen Zwerg
Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)
Ablenkung des Sternenlichts durch Weißen Zwerg

Indem man den Gravitationslinseneffekt nutzt, könne man in Zukunft auch die Masse anderer Himmelskörper bestimmen, die man mit herkömmlichen Mitteln nicht messen konnte, schreibt Terry Oswalt von der Embry-Riddle Aeronautical University in einem Begleitkommentar.

Im Fall von Stein 2051 B beende die aktuelle Untersuchung eine langdauernde Debatte über dessen Masse. Er sei ein recht typischer Weißer Zwerg, dem Endstadium von relativ massearmen Sternen. Zudem bestätigen die Ergebnisse die Theorie des Nobelpreisträgers von 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar, der die theoretische Obergrenze für die Masse Weißer Zwerge berechnet hat.

Eva Obermüller, science.ORF.at

Mehr zum Thema