Sind Newtons Gravitationsgesetze falsch?

Sonne und Erde in einem Netz aus Schwerkraft

Diese Sternhaufen bewegen sich wirklich sonderbar und wirbeln unser Verständnis von Schwerkraft ordentlich durcheinander. Wissenschaftler überlegen nun sogar, ob Newtons Gravitationsgesetze überhaupt noch gültig ist. Oder ob jetzt die Stunde einer umstrittenen Gravitations-Alternative geschlagen hat. 

Astrophysiker stehen vor einem echten Rätsel, das Newtons Gravitationsgesetze ins Wanken bringt: Sie haben einen Sternhaufen beobachtet, der sich ganz und gar nicht an die Regeln der Physik hält. Denn die Verteilung der Sterne in dem Sternhaufen machen aus Sicht der Wissenschaftler überhaupt keinen Sinn, sofern man sich an Newtons Theorien hält. 

Wird verarbeitet …
Erledigt! Sie sind auf der Liste.

Was ist ein Sternhaufen?

Bevor wir dieses wirklich seltsame Phänomen der falschen Bewegung von Sternhaufen weiter untersuchen, müssen wir erst einmal klären, was Sternhaufen überhaupt sind. Ganz platt gesagt: Sternhaufen sind Knubbel aus Sonnen. Sternhaufen sind Gebiete, in denen eine extrem hohe Dichte an Sternen vorherrscht. Die Sterne sind meist mehr oder weniger gleichzeitig in derselben Staub- und Gaswolke entstanden. Diese interstellare Molekülwolke ist zum Beispiel aus irgendwelchen Gründen kollabiert. Dadurch wurde es immer heißer in ihrem Inneren, immer dichter und immer heißer und plötzlich haben sich dann an der Stelle ganz viele Baby-Sonnen entzündet. Fertig ist ein Sternhaufen. 

Es gibt sogenannte offene Sternhaufen, da sind die Sterne meist noch relativ jung, bis zu einigen hundert Millionen Jahren, und sie befinden sich in den Spiralarmen der Milchstraße. Ihr kennt bestimmt die Plejaden, die man im Herbst und Winter perfekt am Himmel sehen kann. Die sind ein offener Sternhaufen. Und dann gibt es die alten Kugelsternhaufen, die um die zehn Milliarden Jahre alt sind und die sich in den äußeren Bereichen der Galaxis befinden, im sogenannten Halo.

die Plejaden
Wunderschön am Himmel: der Sternhaufen der Plejaden

Sternhaufen verhalten sich seltsam

Und die Sterne in Sternhaufen bleiben aufgrund ihrer eigenen Gravitation nah beieinander. Sie ziehen sich gegenseitig an. Diese Sternhaufen verhalten sich aber nun laut einer neuen Studie aus der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society absolut nicht regelkonform.

Sternhaufen verlieren regelmäßig Sterne, die sich dann in zwei sogenannten Gezeiten-Armen ansammeln. Welche Sterne zu einem Schweif eines Sternhaufens gehören, ist oftmals gar nicht so leicht zu bestimmen. Dafür brauchen die Forscher jede Menge Daten über das Alter der Sterne, der Richtung, in der sie sich bewegen und die Geschwindigkeit. 

Gezeitenarme von Sternhaufen

Hilfe bekommen sie von dem Weltraumteleskop GAIA, das die Bewegungen der Sterne in der Milchstraße misst und auch Aufschluss über die Verteilung von Sternen in Gezeiten-Armen geben kann. Ein Gezeiten-Arm befindet sich vor dem Sternhaufen, ein anderer Arm dahinter. Stellt euch vor, ihr habt einen leckeren Berliner, und in beide Seiten steckt ihr jeweils einen Zahnstocher rein. Der Berliner ist euer Sternhaufen. Die beiden Zahnstocher sind die Gezeiten-Arme. So weit, so lecker. 

Ein Gezeiten-Arm fliegt also immer vor dem Sternhaufen her. Der andere Gezeitenarm wird hinter dem Berliner, ähm, Sternhaufen, hergezogen. Der Wissenschaftler Jan Pflamm-Altenburg sagt dazu: „Nach den Newtonschen Gravitationsgesetzen unterliegt es dem Zufall, in welchem der Arme ein verlorener Stern landet“. Heißt für uns: In beiden Gezeitenarmen müssten sich gleich viele Sterne befinden. Und jetzt kommt es: Das ist nicht der Fall. Pflamm-Altenburg sagt weiter: „Wir konnten in unserer Arbeit aber erstmals nachweisen, dass das nicht stimmt: In den Haufen, die wir untersucht haben, enthält der vordere Arm stets deutlich mehr Sterne als der hintere.” Also, hatte Newton wohl irgendwie unrecht. Denn das Verhalten dieser Sterne widerspricht seiner Theorie von Gravitation.

Porträt von Isaac Newton
Isaac Newton: Stimmt seine Theorie von Gravitation noch?

Newtons Gravitationsgesetze

Aber was besagen Newtons Garavitationsgesetze überhaupt? Schauen wir mal ein paar Jahre zurück. Da formulierte Isaac Newton im 17. Jahrhundert das Gravitationsgesetz. Das wollen wir jetzt nicht im Wortlaut wiedergeben. Das soll einfach erklären, warum ein Apfel auf den Boden fällt, oder warum ihr, wenn ihr hochspringt, sofort wieder auf der Erde landet. Das ist Gravitation, genauer gesagt, die Anziehungskraft der Erde. Sie hält euch fest. Und das Newtonsche Gravitationsgesetz besagt, dass jeder Körper auf einen anderen Körper mit einer anziehenden Gravitationskraft einwirkt. Auch ihr zieht grad mit eurem Gewicht kleine Staubteilchen um euch herum an. Und je schwerer ihr seid, umso mehr zieht ihr an.

Mit dem Gesetz konnte Newton erstmals die Schwerkraft auf der Erde, die Anziehung des Mondes und die Planetenbewegungen um die Sonne erklären. Auch solch Phänomene wie die Gezeiten auf der Erde konnten mit diesem Gesetz erklärt werden. Klar gab es damals kleinere Unstimmigkeiten in Newtons Darlegungen, aber spätestens mit Einstein und seiner allgemeinen Relativitätstheorie wurden auch diese geklärt. 

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Alternative Gravitationstheorie: MOND

So und laut den Astrophysikern passt diese Theorie jetzt nicht zu den Bewegungen der Sternhaufen. Stattdessen haben sie eine alternative und in Fachkreisen höchst umstrittene Theorie aus der Schublade gekramt, mit der sich dieses Phänomen viel besser erklären lässt. Die sogenannte MOND-These. MOND steht für Modified Newtonian Dynamics oder auch für Theorie der Milgromschen Dynamik und diese Theorie wurde 1983 von dem israelischen Physiker Mordehai Milgrom ins Leben gerufen. 

Beruft man sich auf diese Theorie, könnte man davon ausgehen, dass es im vorderen Gezeitenarm des Sternhaufens mehr Sterne geben muss. Anders als die Newtonsche Theorie, die ja besagt, dass es in beiden Armen gleich viele Sterne geben muss. Und laut der Aufzeichnungen stimmen die Daten mit der MOND-These perfekt überein. Pavel Kroupa vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn erklärt, dass Sterne nach der MOND-These einen Sternhaufen durch zwei Türen, eine vordere und eine hintere, in die Gezeitenarme verlassen können. 

Gezeitenarm der Hyaden von Kroupa AG der Uni Bonn
Gezeitenarm der Hyaden, Quelle: Kroupa AG, Uni Bonn

Laut der Newtonschen Theorie müssten beide Türen gleich groß sein und gleich viel Sterne durchlassen können. Nach der MOND-Theorie ist die vordere Tür aber deutlich größer und kann dementsprechend viel mehr Sterne durchlassen, als der hintere Ausgang. Und die Verteilung der Sterne in den Gezeitenarmen stimmt ziemlich gut mit dem überein, was die MOND-These behauptet, nämlich, dass im vorderen Gezeitenarm viel mehr Sterne sind. 

Die Forscher entwickeln jetzt erstmal neue und genauere Simulationen, um die ersten Erkenntnisse zu prüfen und zu bestätigen. Wenn diese Erkenntnis wirklich bestätigt werden sollte, dann kann Newton einpacken. Denn die Newtonschen Gravitationsgesetze hätten in der Mond-Theorie keine Gültigkeit mehr. Wir müssten diese Gesetze dann überarbeiten und was das für Konsequenzen für die gesamte Physik hätte, könnt ihr euch sicherlich denken.

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