Gravitationswellen, Teil 3

Zwei Schwergewichte lassen die Raumzeit beben

Von Manfred Lindinger
 - 19:44
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Die jahrelange Suche nach Einsteins Gravitationswellen trägt reichlich Früchte. Zum dritten Mal in zwei Jahren sind die periodischen Verzerrungen der Raumzeit im All auf der Erde beobachtet worden. Verursacher waren wie die beiden Male zuvor zwei Schwarze Löcher. Die massereichen Objekte hatten sich in einer Entfernung von drei Milliarden Lichtjahren immer enger umkreist, bis sie schließlich kollidierten und miteinander verschmolzen.

Dabei versetzten sie den Raum offenkundig so stark in Schwingung, dass die empfindlichen amerikanischen Laser-Antennen von Ligo („Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory“) in Hanford (Washington) und Livingston (Louisiana) abermals angesprochen haben.

Wie die Forscher von Ligo jetzt bekannt gaben, ist die Gravitationswelle dieses Jahr am 4. Januar kurz vor 11.12 Uhr deutscher Zeit gemessen worden. Das Signal erreichte den Detektor in Hanford zuerst. Drei Millisekunden später sprach die 3000 Kilometer entfernte Anlagen in Livingston an.

Mit Laserstrahlen Jagd auf Gravitationswellen

Gravitationswellen lassen sich mit herkömmlichen Teleskopen nicht beobachten. Zum Nachweis der schwingenden Raumzeit, die nach Einstein alle beschleunigten Massen verursachen, hat man deshalb Anlagen wie Ligo gebaut. Die Instrumente funktionieren nach dem Prinzip des von Michelson und Morley um 1880 entwickelten Interferometers und sind in der Lage, von Gravitationswellen verursachte Dehnungen und Stauchungen des Raumes äußerst präzise zu messen.

Die beiden Ligo-Antennen sind mit ihren beiden jeweils vier Kilometer langen Laserarmen – und nicht zuletzt dank Deutscher Technik – mittlerweile die empfindlichsten Gravitationswellendetektoren weltweit. Die Laserarme registrieren geringste Stauchungen und Dehnungen des Raums, ausgelöst etwa durch kollidierende Schwarze Löcher.

Die detaillierte Analyse des jüngsten Signals hat gezeigt, dass die Schwarzen Löcher bevor sie miteinander verschmolzen sind, das 31,2-Fache beziehungsweise 19,4-Fache der Masse unserer Sonne besaßen. Übriggeblieben sei ein Loch mit etwa 48,7 Sonnenmassen, schreiben die Forscher in den „Physical Review Letters“. Die Differenz von rund zwei Sonnenmassen wurde in Energie umgewandelt und als Gravitationswellen freigesetzt.

Schwarze Löcher beim Paartanz beobachtet

Das Gravitationswellensignal, das die Bezeichnung GW170104 erhalten hat, dauerte knapp 920 Millisekunden. Die Forscher registrierten mit ihren Detektoren 29 Zyklen in einem Frequenzbereich von 20 Hertz bis 172 Hertz. Zwei Zyklen entsprechen einem ganzen Umlauf der beiden Löcher. Somit haben die Forscher also fast 15 ganze Umläufe des Doppelsystems beobachten können. Kurz bevor die beiden kosmischen Schwergewichte miteinander verschmolzen, umkreisten sie sich rund 86 Mal in der Sekunde.

Das entstandene Schwarze Loch liegt mit seiner Masse genau zwischen den beiden bereits von Ligo aufgespürten Objekten. So hatte das am 16. September 2015 beobachtete Ereignis (GW 150914) zu einem Loch mit der Masse von 62 Sonnen geführt. Drei Monate später war bei der Verschmelzung eines Doppelsternsystems ein Exemplar von 21 Sonnenmassen entstanden (GW 151226).

Die jüngste Beobachtung ist in mehrfacher Hinsicht interessant. Das Ereignis hat in einem doppelt so großen Abstand stattgefunden wie die beiden ersten. Jedes Schwarze Loch hatte zudem einen Drall, rotierte also um sich selbst. Auch glauben man, dass bei einem Objekte die Rotationsachse nicht senkrecht zur Bahnebene gestanden hat, was zu einer besonders heftigen Kollision geführt haben könnte. Fünf weitere Kandidaten von Gravitationswellen, die den Forschern bei Ligo möglicherweise ins Lasernetz gegangen sind, werden derzeit geprüft.

Auch dieses Mal können die Ligo-Foscher nur grob abschätzen, wo das Ereignis stattgefunden hat, Das soll sich von Mitte dieses Jahres ändern, wenn der italienisch-französische Virgo-Detektor bei Pisaz in Betrieb geht. Dann hat man drei Laser-Antennen, mit denen man die Position der Gravitationswellen-Quellen am Himmel erstmals mit einer optischen Abstandsmessung bestimmen kann.

Quelle: F.A.Z.
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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