https://www.faz.net/-gwz-8dgl8

Nachweis Gravitationswellen : Wenn Raum und Zeit erzittern

Bild: F.A.Z., Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

Eine Jahrhundertentdeckung: Der Nachweis von Gravitationswellen ist gelungen. Ausgelöst wurden sie von kollidierenden Schwarzen Löchern. Damit ist klar: Albert Einstein hatte – schon vor 100 Jahren – wieder mal so recht.

          4 Min.

          Das Gerücht kursierte bereits seit geraumer Zeit im Netz. In den einschlägigen Blogs wurde bis zuletzt heftig spekuliert, die Kurzmeldungen auf Twitter erschienen im Minutentakt. Eine internationale Forschergruppe habe, so war es immer wieder zu lesen, „Gravitationswellen“ nachgewiesen, also jene periodischen Verzerrungen des Raumes, deren Existenz Albert Einstein aus seiner Allgemeinen Relativitätstheorie 1916 gefolgert hatte und nach denen man schon seit fast 80 Jahren bisher erfolglos gefahndet hat. Jedem Leser war sofort klar: Sollte an den Meldungen etwas dran sein, wäre das eine Jahrhundertentdeckung, vergleichbar mit der Entdeckung des Higgs-Bosons vor vier Jahren.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          An diesem Donnerstag um 16.30 Uhr (mitteleuropäischer Zeit) wurde aus den Mutmaßungen Gewissheit. Auf Pressekonferenzen in Washington, Moskau, Hannover und Pisa präsentierten die Forscher der Ligo-Kollaboration fast gleichzeitig ihre Messungen erstmals der Öffentlichkeit. Und tatsächlich, so scheint es, haben die beiden amerikanischen Ligo-Observatorien in Hanford (Washington) und Livingston (Louisiana) winzige periodische Längenänderungen registriert, die offenkundig von sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitenden Gravitationswellen ausgelöst worden seien. Die Quelle für die Verzerrungen des Raum-Zeitgefüges sind offenkundig zwei Schwarze Löcher, die in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren miteinander kollidiert und verschmolzen sind. Über ihre Entdeckung berichten die Forscher der Ligo-Kollaboration in einem Artikel, der in den renommierten „Physical Review Letters“ erscheint.

          Vor 100 Jahren von Einstein errechnet

          Einstein hatte, als er durch intensives Nachdenken und nur mit Bleistift und Papier die komplizierten Gleichungen seiner Gravitationstheorie löste, festgestellt, dass alle Massen nicht nur den Raum wie ein Gummituch verformen, sondern auch periodisch verzerren, wenn sie beschleunigt oder abgebremst werden. Die dabei entstehenden Gravitationswellen würden sich mit Lichtgeschwindigkeit im Universum ausbreiten, ähnlich wie Wasserwellen in einem Teich, in den man einen Stein wirft. Einstein, der 1916 im Alter von 36 Jahren dem Zenit seiner wissenschaftlichen Karriere entgegenstrebte, bezweifelte aber, dass man den Effekt jemals werde beobachten können. Denn dieser sei winzig und – wie man heute weiß – deshalb nur bei kollidierenden Schwarzen Löchern, Neutronensternen oder gigantischen Sternexplosionen messbar. Von der Existenz dieser kosmischen Objekte konnte Einstein, der seit 1914 am Kaiser-Wilhelm-Institut in Berlin wirkte, noch nichts wissen.

          Die ersten Versuche, Gravitationswellen aufzuspüren, unternahm Ende der fünfziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts der Amerikaner Joseph Weber. Er ließ tonnenschwere Aluminiumzylinder anfertigen, die durch Gravitationswellen zu Vibrationen angeregt werden sollten, ähnlich wie ein Hammerschlag eine Glocke zum Schwingen bringen. Mit hochempfindlichen Verstärkern wollte er die Oszillationen nachweisen. Allerdings waren sein Verfahren und alle späteren Experimente dieser Art bei Weitem nicht empfindlich genug. Deshalb bezweifelten viele Forscher, dass Gravitationswellen jemals nachgewiesen werden könnten. Anfang der siebziger Jahre bekam das Forschungsgebiet plötzlich Auftrieb: Die Astrophysiker und späteren Nobelpreisträger Russell Hulse und Joseph Taylor hatten die Bewegung des Doppelsternsystems PSR 1913+16 viele Jahre lang studiert und fanden heraus, dass die beiden Neutronensterne Energie verlieren, was sich bestens mit der Aussendung von Gravitationswellen erklären ließ.

          Ein weiterer Hinweis gelang 2008 anhand der Beobachtung des Quasars OJ287, in dessen Zentrum sich wahrscheinlich zwei Schwarze Löcher umeinander rotieren. Und im Jahr 2011 wurde das Doppelsternsystem mit der Kurzbezeichnung J0651 entdeckt, das offenbar ebenfalls Gravitationswellen abstrahlt. Auch ein extrem massereicher Neutronenstern – der Pulsar J0348+0432 – und ein ihn umkreisender Weißer Zwerg wurden im Jahr 2013 ebenfalls als eine Quelle für Gravitationswellen identifiziert.

          Warten auf das große Beben

          Seit Jahren sind die irdischen Gravitationswellenantennen Geo600 in Deutschland, Virgo in Italien und Ligo in den Vereinigten Staaten auf Empfang geschaltet, um Signale vom „Raumzeit-Beben“ aus den Tiefen des Weltalls einzufangen. Die Geräte funktionieren nach dem Prinzip des von Michelson und Morley um 1880 entwickelten Interferometers und können Längenänderungen äußerst präzise 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. Sie können noch Längenänderungen feststellen, die einen winzigen Bruchteil des Protonendurchmessers betragen. Deshalb hatte man große Hoffnung, dass Gravitationswellen von den beiden Detektoren zuerst empfangen werden können.

          Und die Hoffnungen sind offenkundig nicht enttäuscht worden. Am 14. September des vergangenen Jahres sind Gravitationswellen über die beiden Ligo-Laserantennen hinweg gerauscht und haben deutliche Signale hinterlassen. Die Auswertung hat ergeben, dass sie offenkundig von zwei mittelschweren Schwarzen Löchern ausgelöst wurden. Deren Massen betrugen, bevor die Objekte miteinander verschmolzen, etwa das 29fache beziehungsweise 36fache der Masse unserer Sonne. Das Schwarze Loch, das übrig geblieben ist, bringt es auf etwa 62 Sonnenmassen. Bleibt damit eine Differenz von drei Sonnenmassen. Diese ging dem System verloren – in Form von Gravitationswellen. Die Wissenschaftler können allerdings nicht genau sagen, in welcher Himmelsregion sich der Tanz der Schwarzen Löcher abgespielt hat. Man vermutet in der südlichen Hemisphäre in einer Entfernung von rund 1,3 Milliarden Lichtjahren. Dafür spricht nach Aussagen von Danzmann, dass zuerst die Ligo-Antenne in Louisiana angesprochen hat und dann erst das 3000 Kilometer weiter nördlich gelegene Instrument in Hanford.

          Bild: F.A.Z.

          Nun sind die Astronomen gefragt, mit ihren Teleskopen nach dem verbleibenden Schwarzen Loch zu suchen.Mit dem direkt Nachweis der unsichtbaren Strahlung hat sich ein neues Fenster in die tiefen des Kosmos geöffnet. Einblicke in kosmische Prozesse werden möglich, die man mit herkömmlichen Teleskopen nicht erfassen kann. Vor allem haben die Gravitationswellenforscher bewiesen, dass Albert Einstein mit seinen Voraussagen wieder einmal Recht behalten hat. Und zwar mehr als der geniale Physiker seinerzeit überhaupt ahnen konnte.

          Weitere Themen

          Eine Stadt sieht gelb Video-Seite öffnen

          Sandstaub in Peking : Eine Stadt sieht gelb

          Eine Sandstaubwolke sorgte dafür, dass sich der Himmel in Peking gelb färbte. Damit nahm dann auch die Luftqualität stark ab. Für die Einwohner der Stadt ist diese Situation nicht unbekannt, wie Passanten berichten.

          Überall Gesichter!

          Netzrätsel : Überall Gesichter!

          Im Netz findet man so gut wie alles: Geniales, Nützliches und herrlich Überflüssiges. Diesmal: versteckte Gesichter in Dingen und Strukturen.

          Topmeldungen

          Auf Truppenbesuch: Wolodymyr Selenskyj

          Ukraine-Konflikt : Kiews West-Offensive

          Angesichts des russischen Truppenaufmarsches sucht der ukrainische Präsident Selenskyj die Nähe zu EU und Nato. Kann er so das Blatt im Osten seines Landes wenden?
          September 2020: Ministerpräsident Markus Söder (CSU) verfolgt im Bayerischen Landtag eine Rede von Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger (Freie Wähler).

          Die K-Frage der Union : Söder muss nur noch zuschauen

          Die Unterstützung in der CDU für die Kanzlerkandidatur von Armin Laschet bröckelt Stück für Stück. Umso entschlossener wirkt die CSU. Die christsoziale Kampfmaschine funktioniert reibungslos.
          Ein Hubschrauber im Einsatz über dem Tafelberg

          Brand am Tafelberg : Kapstadts Universität in Flammen

          In der südafrikanischen Küstenstadt ist am Sonntag ein verheerendes Feuer ausgebrochen. Auch das Bibliotheksgebäude der Universität mit seiner historischen Sammlung steht in Flammen.

          Newsletter

          Immer auf dem Laufenden Sie haben Post! Abonnieren Sie unsere FAZ.NET-Newsletter und wir liefern die wichtigsten Nachrichten direkt in Ihre Mailbox. Es ist ein Fehler aufgetreten. Bitte versuchen Sie es erneut.
          Vielen Dank für Ihr Interesse an den F.A.Z.-Newslettern. Sie erhalten in wenigen Minuten eine E-Mail, um Ihre Newsletterbestellung zu bestätigen.