Suche nach Gravitationswellen

Das Warten geht weiter

Von Sibylle Anderl
 - 19:27

Hundert Jahre hat es gedauert, bis die von Einstein 1915 im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Gravitationswellen erstmalig direkt nachgewiesen werden konnten. Am 14. September 2015 detektierten die beiden amerikanischen Experimente des Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatoriums (LIGO) in Livingston (Louisiana) und Hanford (Washington) winzige Kräuselungen der Raumzeit. Das Funktionsprinzip der Experimente ist dabei ähnlich dem eines sogenannten Michelson-Interferometers: In rechtwinkling zueinander stehenden mehrere Kilometer langen Armen laufen aufgespaltene Laserstrahlen zwischen Spiegeln hin und her und werden schließlich wieder einander überlagert.

Wenn sich die relative Länge der Strecken ändert, weil eine Gravitationswelle die Raumzeit gestaucht oder gedehnt hat – Änderungen die etwa einem Zehntausendstel des Protonenmessers entsprechen –, ändert sich die Intensität der überlagerten Strahlen. Aus dem aufgezeichneten Signal konnten die Wissenschaftler sogar auf denjenigen Prozess schließen, der die Gravitationswelle hervorgerufen hatte: die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, die die Raumzeit vor 1,3 Milliarden Jahren zum Schwingen gebracht hatte.

Nachdem dieser Meilenstein experimentalphysikalischer Forschung so lange auf sich hatte warten lassen – ein Zeitraum, der von zahlreichen Rückschlägen und Krisen im Gebiet der Gravitationswellendetektion geprägt gewesen war – überschlagen sich nun die Neuigkeiten auf dem neuen Feld der Gravitationswellenastronomie. Zweimal ist es seit der ersten Entdeckung bereits geglückt, weitere Gravitationswellen nachzuweisen: am 26. Dezember 2015 und am 4. Januar 2017, beide Male hervorgerufen durch die Kollision zweier schwarzer Löcher jeweils 1,4 Milliarden und 2,9 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Der jüngste Nachweis war insbesondere deswegen interessant, weil aus dem Signal sogar abzuleiten war, dass die Rotationsrichtungen der schwarzen Löcher nicht mit der Richtung ihrer Rotationsbewegung umeinander übereinstimmten.

Diese Tatsache gibt Aufschluss darüber, dass beide schwarze Löcher erst zueinander gefunden haben, nachdem ihre Rotation bereits ausgebildet war. Außerdem zeigte das Signal vom 4. Januar, dass Ligo in der Lage ist, auch schwache Signale nachzuweisen, deren Ursprung deutlich weiter entfernt ist als diejenigen der ersten beiden Detektionen. Schon damals wurde angekündigt, dass für Ligo Empfindlichkeiten angestrebt werden, die den Nachweis von Verschmelzungen der leichteren Neutronensterne ermöglichen. Neutronensterne sind Endstadien massereicher Sterne, die am Ende ihres Lebens unter dem eigenen Gewicht zusammenstürzen. Ihre Materie wird dabei so stark komprimiert, bis sie schließlich am Ende verschiedener teilchenphysikalischer Prozesse nur noch aus Neutronen besteht, die der Gravitation ihren eigenen sogenannten Entartungsdruck entgegensetzen - ein Phänomen, dessen Verständnis die Quantenmechanik voraussetzt - und damit den Kollaps stoppen.

In den vergangenen Wochen gab es nun Gerüchte, dass tatsächlich eine Verschmelzung von Neutronensternen nachgewiesen worden sein könnte. Der texanische Astrophysiker J Craig Wheeler hatte auf Twitter verkündet, es gebe eine neue aufregende Ligo-Quelle, die nicht nur von den Gravitationswellendetektoren beobachtet worden sei, sondern für die es sogar ein Signal bei optischen Wellenlänge gebe. Wenn dies so wäre, wäre es ein Hinweis darauf, dass der beobachtete Prozess auf verschmelzende Neutronensterne zurückzuführen ist – ein Ereignis, das mit der Aussendung von Licht einher geht. Tatsächlich konnte man in Blogs, die den Gerüchten nachgingen, lesen, dass verschiedene optische Teleskope kürzlich die Galaxie NGC 4993 in den Fokus genommen hätten, wo angeblich das optische Signal kollidierender Neutronensterne zu sehen gewesen sei.

Mit entsprechender Neugier wurde daher die für heute von der Ligo-Virgo Kollaboration einberufene Pressekonferenz erwartet. Der erweiterte Name der Kollaboration weist darauf hin, dass es seit diesem Jahr außer den beiden amerikanischen Standorten mit dem Virgo Interferometer in der Nähe von Pisa noch einen dritten gibt, der es ermöglicht, zusammen mit den anderen Experimenten sehr viel genauer diejenige Himmelsregion einzugrenzen, aus der ein detektiertes Signal stammt.

Wie erwartet wurde auf der Pressekonferenz nun die vierte Detektion einer Gravitationswelle bekannt gegeben – die erste, die mit allen drei Detektoren nachgewiesen konnte und damit die erste, mit einer verbesserten Bestimmung der Richtung der Quelle. Allerdings wurde in dieser Richtung bei nachfolgenden Beobachtungen in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums keine Entsprechungen gefunden. Entgegen der kursierenden Gerüchte, war das Gravitationswellensignal also keines, das von Neutronensternen verursacht wurde, sondern eine weitere Kollision schwarzer Löcher mit rund 31 und 25 Sonnenmassen, dieses Mal in einer Entfernung von 1,8 Milliarden Lichtjahren.

Die Gerüchte dürften damit allerdings nicht verstummen. Vielmehr wird nun spekuliert, dass die mutmaßliche Gravitationswellendetektion, die auch im optischen Wellenlängenbereich nachgewiesen worden sein könnte, im kommenden Monat bekannt gegeben werden könnte.

Quelle: FAZ.NET
Autorenbild/ Sybille Anderl
Sibylle Anderl
Redakteurin im Feuilleton.
Twitter
  Zur Startseite
Ähnliche ThemenGravitationswelle