Schon lange ist uns Menschen das Konzept der Schwerkraft bekannt. Insbesondere auf der Erde gilt im Grund immer: Was man hochwirft, fällt früher oder später wieder zu Boden. Doch nun hat ein Forscher im Weltall Beobachtungen gemacht, die dieses scheinbar grundlegende Wissen über den Haufen werfen und ein vollständiges Umdenken anstoßen könnten.
Schwerkraft: Anomalien im Weltall machen stutzig
Die entsprechende Untersuchung hat der südkoreanische Physiker und Astronom Kyu-Hyun Chae von der Seouler Sejong Universität durchgeführt. Dazu hat er sich insgesamt 26.500 Doppelsternsysteme und deren Bewegungen anhand von Daten des ESA-Weltraumteleskops Gaia genau angeschaut. Dabei konnte er Anomalien bei der Schwerkraft feststellen.
Die bis jetzt etablierten Schwerkraft-Modelle von Newton und Albert Einstein könnten nicht mehr mit den neuen Beobachtungen in Einklang gebracht werden. In einem solchen Fall kommt für gewöhnlich die Theorie zur dunklen Materie ins Spiel, mit deren Annahme sich Vieles im Universum erklären lässt. Doch für Chae stößt mit Hinblick auf seine Studie auch dieser Ansatz an seine Grenzen.
Auch interessant: Die Dunkle Materie wurde zwar noch nicht final bewiesen, ist aber eine wichtige Annahme innerhalb der Forschung. Wir sagen, wie die Dunkle Materie die Struktur des Kosmos erklärt.
Stattdessen würde die kontroverse AQUAL-Theorie viel besser passen. Wie es in einer Mitteilung der Universität bei Phys.org heißt, kündige sich deshalb eine „Revolution in der Physik“ an – nicht umsonst spricht Chae auch von einem „Zusammenbruch des Newton-Einstein-Standards“ für die Gravitation.
Beschleunigungen bei Doppelsternen im Fokus
Im Zentrum der neuen Forschung stehen Doppelsternsysteme, in denen sich die beiden Sterne aber in einem besonders großen Abstand voneinander umkreisen, sogenannte „wide binaries“. Chae schaute sich dazu die Beschleunigungen der umkreisenden Bewegungen an und stellte fest, dass es bei den festgestellten Geschwindigkeiten von weniger als ein Nanometer pro Sekunde zum Quadrat zu Abweichungen von Newtons Gravitationsgesetzt und der Relativitätstheorie von Einstein kam.
Auch wenn man dunkle Materie als Erklärung heranziehen möchte, funktioniert dies nicht. Selbst wenn es sie tatsächlich gäbe, würden „wide binaries“ nicht von ihr beeinflusst werden. Die AQUAL-Theorie, die zum MOND-Modell (modified Newtonian dynamics) gehört, hatte aber in der Vergangenheit solche Resultate korrekt vorhergesagt. Insbesondere spielt hierbei ein externer Effekt der Milchstraße eine wichtige Rolle, was eine einzigartige Annahme des MOND-Modells ist.
Die beobachteten Anomalien bei der Schwerkraft benötigen also das MOND-Modell als zusätzliche Theorie, um die Relativitätstheorie und das allgemeine Gravitationsgesetz zu ergänzen. Da die Schwerkraft ebenfalls dem MOND-Modell folgt, werden große Teile der Dunklen Materie nicht mehr für Erklärungen benötigt, wie es in der Mitteilung heißt. Weitere Studien sind aber vonnöten, um Chaes Forschung zusätzlich zu untermauern.
Quellen: „Breakdown of the Newton–Einstein Standard Gravity at Low Acceleration in Internal Dynamics of Wide Binary Stars“ (The Astrophysical Journal 2023), Phys.Org
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