Forschung

Kosmische Katastrophe bestätigt Lorentzinvarianz

14.07.2020 - Geschwindigkeit von Gammastrahlen hängt nicht von ihrer Energie ab.

Im vergangenen Jahr registrierten die beiden MAGIC-Teleskope auf La Palma einen Gammablitz, dessen intensive Strahlung alle bisherigen Messungen übertraf. Doch die Beobachtungs­daten hatten noch mehr zu bieten: Mit ihren Auswertungen konnten Wissen­schaftler bestätigen, dass die Licht­geschwin­dig­keit im Vakuum konstant ist und nicht von der Energie der Licht­teilchen abhängt. Die Messungen bestätigen damit einmal mehr die Lorentz­invarianz der Allgemeinen Relativitäts­theorie.

Allerdings gehen Physiker davon aus, dass die ART nicht die grund­legendste Theorie ist: Sie suchen nach einer quanten­mechanischen Beschreibung der Gravitation. In einigen Quanten­gravitations-Theorien ist die Licht­geschwin­digkeit eine energie­abhängige Größe. Diese Hypothese verstößt allerdings gegen das Prinzip der unabänder­lichen Licht­geschwin­digkeit. Eine solche Verletzung der Lorentz­invarianz müsste sehr klein und damit nur schwer messbar sein.

Eine solche Möglich­keit eröffnen Gammablitze. Diese Gamma­strahlungs­ausbrüche sind exzellente natür­liche Labora­torien, um 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 Photonen frei, die über Milliarden Jahre unterwegs sind, bevor sie die Erde erreichen. Am 14. Januar 2019 entdeckten die MAGIC-Teleskope einen heftigen Gamma­strahlungs­ausbruch mit Energien im Tera­elektronen­volt-Bereich. Die Analyse der Beobachtungs­daten lieferten den Beleg, dass die zeit­ver­setzte Ankunft der Gamma­strahlen nicht von ihrer Energie abhing. „Das bedeutet aber nicht, dass das MAGIC-Team mit leeren Händen dasteht“, sagt Giacomo D’Amico vom MPI für Physik. „Wir konnten den möglichen Energie­bereich für das Auftreten von Effekten der Quanten­gravitation weiter einengen.“

Denn anders als frühere Arbeiten konnte das MAGIC-Team erstmals auf Gammablitz-Signale im TeV-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-Forschungs­verbund 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.“

MPP / RK

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