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Gravitationswellen-Sensation : Der Beginn einer neuen Ära der Astrophysik

Künstlerische Darstellung zweier kollidierender Neutronensterne Bild: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc

Lange hat man darauf gewartet, nun ist es offenbar endlich geglückt: Erstmalig scheint die Quelle einer Gravitationswelle auch als Lichtblitz zu beobachten zu sein. Eine wissenschaftliche Sensation.

          Gerüchte kursieren bereits seit Mitte August, als der texanische Astrophysiker J. Craig Wheeler vorschnell auf Twitter seiner Begeisterung darüber Ausdruck verlieh, dass die Gravitationswellenjäger der Virgo- und Ligo-Experimente erstmalig eine Gravitationswelle detektiert hätten, die nicht auf die Verschmelzung zweier schwarzer Löcher zurückzuführen sei, sondern auf das Zusammenstürzen zweier Neutronensterne. Letzteres Ereignis würde sich nicht nur in einer wellenartigen Verzerrung der Raumzeit, sondern außerdem in einem hellen Aufleuchten des Sternenpaars in elektromagnetischer Strahlung äußern. Mithilfe dieses Lichtpulses wäre es möglich, den Herkunftsort der Welle präzise zu bestimmen - etwas das aufgrund der Gravitationswellen allein nicht möglich ist, da die kombinierten Daten der drei Gravitationswellendetektoren von Virgo und Ligo nur eine ausgedehnte Region in Form einer “Banane” am Himmel als Ursprungsort markieren.

          Bestätigung der Gerüchte?

          Sibylle Anderl

          Redakteurin im Feuilleton.

          Heute Nachmittag haben Ligo, Virgo und die amerikanische National Science Foundation (NSF) eine Einladung für eine Pressekonferenz am kommenden Montag herausgegeben, in der eine Diskussion „neuer Entwicklungen in der Gravitationswellen-Astronomie” angekündigt wird. Neben den Gravitationswellenastronomen selbst werden bei dieser Konferenz Repräsentanten von siebzig anderen astronomischen Observatorien anwesend sein. Die Interpretation liegt auf der Hand: Diesmal wurde ein Signal nicht nur anhand von Gravitationswellen beobachtet, sondern konnte zusätzlich anhand elektromagnetischer Strahlung detektiert werden. Die Liste der eingeladenen Sprecher umfasst verschiedene Astronomen, die an Beobachtungsprogrammen teilhaben, die nach der optischen Signatur von Gravitationswellen Ausschau halten. Daneben nehmen Forscher teil, deren Expertise auf dem Gebiet der Gammablitze liegt. Alles weist darauf hin, dass am Montag die bahnbrechende Entdeckung einer Kollision von Neutronensterne bekannt gegeben werden soll.

          Sofern diese Interpretation stimmt, wäre dies eine wissenschaftliche Sensation, denn sofern die Quelle der Gravitationswelle präzise festgelegt werden kann, öffnet dies weiteren physikalischen Studien des Verschmelzungsprozesses Tür und Tor. Die Heimatgalaxie kann bestimmt werden und der Ort des Ereignisses innerhalb der Galaxie. Spektroskopische Studie, das heißt Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Ereignis, können Aufschluss über die Physik der Neutronensterne und den zeitlichen Verlauf ihrer Verschmelzung liefern. Das neue Feld der Gravitationswellenastrophysik, dessen experimenteller Startpunkt erst vergangene Woche mit dem Nobelpreis geehrt wurde, würde mit einer solchen Entdeckung erstmalig zu Strahlen beginnen.

          Das „Lebensende“ schwerer Sterne

          Worum aber geht es eigentlich, und warum wäre die Beobachtung einer Verschmelzung von Neutronensternen so ein wichtiger wissenschaftlicher Meilenstein? Ein Neutronenstern ist eines derjenigen Objekte, die ganz am Ende des Lebensweges von Sternen stehen. Dabei sind Sterne, die einmal zu Neutronensternen werden, einerseits zu schwer, um wie unsere Sonne als weißer Zwerg zu enden, und gleichzeitig zu leicht, um schließlich zu einem Schwarzen Loch zu kollabieren. Über weite Zeiträume ihres Lebens erzeugen diese Vorläufersterne ihre Energie durch das Verbrennen von Wasserstoff in ihrem Inneren, aber irgendwann ist dieser Brennstoff verbraucht, und das Wasserstoffbrennen verlagert sich schalenförmig weiter nach außen. Im Inneren werden daraufhin schwerere Elemente verbrannt werden und das Zentrum des Sterns wird mit Eisen angereichert - dem Endprodukt aller Kernfusionsprozesse. Wenn der Brennstoff schließlich erschöpft ist, reicht die Energie des Sterns nicht mehr aus, um der Gravitation entgegen zu wirken, und der Stern stürzt in sich zusammen. Die Materie im Inneren von Neutronensternen wird dabei so stark komprimiert, dass schließlich Elektronen und Protonen zu Neutronen zusammengepresst werden - ein Prozess der eine Flut von Neutrinos erzeugt. Der innere Druck der dicht gepackten Neutronen, der sich quantenmechanischen Prinzipien verdankt, stoppt den Kollaps und setzt eine Supernova Explosion in Gang. Zurück bleibt ein kompaktes Objekt, das größtenteils aus Neutronen, mit einigen Elektronen und Atomkernen besteht - der Neutronenstern.

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