Kosmologische Theorien: Zusammenbruch der Schwerkraft bei Doppelsternen gefunden

Ein Forscher aus Südkorea kann offenbar den Zusammenbruch der Schwerkraft bei Doppelsternsystemen beweisen. Das könnte eine neue Theorie zur Beschreibung des Universums nötig machen.

Artikel veröffentlicht am 11. August 2023, 14:30 Uhr, Patrick Klapetz

Ein Doppelsternsystem als Symbolbild (Bild: ESO / L. Calçada)

Ein Astronom der privaten südkoreanischen Universität Sejong in Seoul hat die Beschleunigung von Sternen in 26.500 großen Doppelsternsystemen untersucht. Diese befinden sich alle in einem Umkreis von etwa 650 Lichtjahren um die Erde. Was er dabei entdeckte, könnte die grundlegende Annahme über das Universum infrage stellen.

In den untersuchten Doppelsternsystemen gibt es demnach eine Gravitationsanomalie, welche die Gravitationsbeschleunigungen dieser Sterne unter einen Nanometer pro Sekunde im Quadrat fallen lässt. Damit scheint die Art und Weise, wie sich diese Sterne bewegen, nicht mit dem Standardmodell der Kosmologie übereinzustimmen. Die Beschleunigung zweier Sterne in einem Doppelsternsystem weicht von den Vorhersagen des Newtonschen Gravitationsgesetzes und der allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins ab.

Bereits in früheren Versuchen suchte die astronomische Fachwelt nach Anzeichen für eine veränderte Schwerkraft in diesen Systemen. Der Astronom Kyu-Hyun Chae ging jetzt einen neuen Weg und entwickelte einen Code, der beispielsweise die Häufigkeit von sogenannten verschachtelten Doppelsternsystemen – bei denen die locker umkreisenden Sterne auch enge stellare Begleiter haben – berücksichtigen kann. Als Analysegrundlage verwendete er Bilder des Gaia-Observatoriums der europäischen Weltraumorganisation Esa.

Nicht das Standardmodell der Kosmologie, sondern die Mond-Theorie scheint zu stimmen

Die Daten deuten darauf hin, dass sich die Bewegungsart dieser Sterne eher mit dem Mond-Modell (modifizierte newtonsche Dynamik) – auch Milgromsche Dynamik genannt – erklären lässt als mit dem Standardmodell der Kosmologie. Die Bewegungen von Doppelsternen an Punkten schwacher Beschleunigung lassen sich laut dem Forschungsteam vor allem mit der Aqual-Theorie, die auf dem Mond-Modell basiert, beschreiben. Aqual steht für eine quadratische Lagrange (a quadratic lagrangian) – die Lagrangesche Betrachtungsweise ist eine spezielle Perspektive bei der Beobachtung der Bewegung eines Körpers.

"Da eine große Menge dunkler Materie – das Sechsfache der baryonischen oder gewöhnlichen Materie nach dem Standardmodell – für die Annahme erforderlich war, dass die allgemeine Relativitätstheorie im Grenzbereich niedriger Beschleunigung gültig ist, ist diese Notwendigkeit einer großen Menge dunkler Materie nicht mehr gültig", erklärte Chae dem Vice-Magazin.

Im Gegensatz zu den galaktischen Rotationskurven, bei denen die beobachteten verstärkten Beschleunigungen im Prinzip auf dunkle Materie in der Newton-Einstein-Standardgravitation zurückgeführt werden können, kann die Dynamik der großen Doppelsterne nicht von ihr beeinflusst werden. Und das auch nicht, wenn sie tatsächlich existiert. "Dies schließt nicht unbedingt aus, dass neue Teilchen wie sterile Neutrinos nicht gefunden werden können. Aber es ist klar, dass es nicht so viel dunkle Materie geben muss, wie die allgemeine Relativitätstheorie verlangt", sagte Chae. Doch die Standardgravitation bricht in der schwachen Beschleunigungsgrenze einfach zusammen – genauso wie es die Mond-Theorie vorhersagt.

Eine bessere Theorie gefordert – und weitere Untersuchungen

Durch die beobachtete Anomalie in Doppelsternen benötigt es eine neue Theorie. Trotz aller Erfolge der Newtonschen Gravitation wird die allgemeine Relativitätstheorie für relativistische Gravitationsphänomene wie Schwarze Löcher und Gravitationswellen benötigt. Ebenso ist trotz aller Erfolge der allgemeinen Relativitätstheorie eine neue Theorie für Mondphänomene im Grenzbereich schwacher Beschleunigung erforderlich.

Der Wissenschaftler geht davon aus, dass die Ergebnisse in Zukunft mit besseren und größeren Daten bestätigt und verfeinert würden. Zudem veröffentlichte er seinen Code zur Transparenz ebenfalls. Zwar können seine Ergebnisse auch auf einem Fehler im Code oder einem Messfehler beruhen, doch das können erst weiterführende Forschungen beantworten.

Zur Studie

Die Studie wurde am 24. Juli 2023 in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal online publiziert und in der Ausgabe vom 1. August 2023 abgedruckt: Breakdown of the Newton-Einstein Standard Gravity at Low Acceleration in Internal Dynamics of Wide Binary Stars (Zusammenbruch der Newton-Einstein-Standardgravitation bei geringer Beschleunigung in der inneren Dynamik von großen Doppelsternen).