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Gravitationswellen : Aus der Tiefe des Raumes

Zwei Schwarze Löcher kurz vor der Kollision Bild: Computersimulation A. Bohn Cornell University

Die Gravitationswellen-Forscher haben ihre zweite Ernte eingefahren. Die meisten dieser Wellen stammen von neinanderkrachenden Schwarzen Löchern.

          Einmal ist in der Astronomie keinmal. Ein singuläres Ereignis – wie kürzlich der Durchzug des vermutlich interstellaren Himmelskörpers „Oumuamua“ durch das Sonnensystem – ist zwar interessant, beantwortet aber in der Regel keine Frage, eher im Gegenteil. Aus diesem Grund war die erste Detektion von Gravitationswellen am 14. September 2015 noch kein Ereignis der Astronomiegeschichte. Vielmehr war es ein Triumph der Experimentalphysiker, die es schafften, mit den beiden „Ligo“-Detektoren in den amerikanischen Bundesstaaten Washington und Louisiana jenes extrem schwache Erzittern der Raumzeit nachzuweisen. Und es war ein Triumph der Theoretiker, aus solchen Wacklern abzulesen, was für Geschehnisse in welcher kosmischen Entfernung das besagte Zittern produzieren.

          Ulf von Rauchhaupt

          Verantwortlich für das Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.

          Graviationswellen-Astronomie aber beginnt erst jetzt. Am vergangenen Wochenende präsentierten Vertreter der Ligo-Virgo-Kollaboration auf einer Fachtagung an der University of Maryland in College Park nahe Washington D.C. vier neue Sichtungen von Gravitationswellen durch ihre Detektoren. Damit sind bis heute insgesamt elf Ereignisse registriert, bei denen sich lokale Krümmungen der Raumzeit so kurzfristig und so stark änderten, dass sie sich als lichtschnelle Gravitationswellen von ihren jeweiligen Entstehungsorten ablösten und noch in Entfernungen von Milliarden Lichtjahren nachweisbar blieben. In zehn Fällen handelte es sich um Kollisionen und daraus resultierende Verschmelzungen von Paaren sich einander umkreisender Schwarzer Löcher. Diese Crashs haben sich in 0,9 Milliarden Lichtjahren Entfernung oder mehr ereignet. Sie fanden also in weit entfernten Galaxien statt, denn selbst die entlegensten Regionen unserer Milchstraße sind kaum weiter als 200.000 Lichtjahre von uns weg.

          In einem Fall, der im Oktober 2017 öffentlich gemacht wurde, war allerdings ein Paar von Neutronensternen verschmolzen. Das ereignete sich in einer deutlich größeren Nähe von gut 130 Millionen Lichtjahren, aber ebenfalls in einer anderen Galaxie. Trotzdem konnten das auch Teleskope registrieren, die für elektromagnetische Signale wie Radio- oder Gammastrahlung empfindlich sind. „Multi-Messenger-Astronomie“ nennt man solche Beobachtungen eines Himmelsereignisses mit verschiedenen, für ganz unterschiedliche physikalische Prozesse empfindlichen Methoden.

          Bisher beobachtete verschmelzende Schwarze Löcher (blau) sind tendentiell schwerer als andere (lila).

          Da sich aus den Gravitationswellen-Signalen Aussagen unter anderem über die Massen der Kollisionspartner sowie der jeweils resultierenden Objekte ableiten lassen, ist jetzt mehr darüber bekannt, mit welchen Massen solche sogenannten stellaren Schwarze Löcher auftreten (siehe „Massen im stellaren Friedhof“). „Stellar“ heißen sie, weil sie sich – nach allem, was man über sie weiß – bei Implosionen von Kernzonen extrem schwerer Sterne bilden, nachdem den betreffenden Sternen der nukleare Brennstoff ausgegangen ist. Auch Neutronensterne entstehen auf diese Weise, allerdings aus oft nicht ganz so schweren Sternen. Neben stellaren Schwarzen Löchern gibt es noch sogenannte supermassive Schwarze Löcher, die jeweils millionen- oder gar milliardenmal schwerer sind als ein typischer Stern und in den Zentralregionen der Galaxien sitzen. Da auch Galaxien zuweilen kollidieren, muss es auch zur Verschmelzung solcher Monster kommen, was ebenfalls Gravitationswellen freisetzen sollte, allerdings keine in dem Frequenzbereich, in dem Ligo empfindlich ist.

          Die vier jetzt bekanntgemachten Ereignisse wurden alle in den Daten der zweiten Beobachtungsperiode des Ligo-Detektorsystems zwischen dem 30. November 2016 und dem 25. August 2017 gefunden, zu dem am 1. August 2017 auch noch der italienische Detektor „Advanced Virgo“ nahe Pisa zugeschaltet wurde. Dadurch, dass nun drei statt nur zwei über den Globus verteilte Messgeräte beteiligt sind, lassen sich die Positionen der Gravitationswellenquellen wesentlich genauer bestimmen. Nicht zuletzt für die Multi-Massenger-Astronomie ist das ein entscheidender Fortschritt, der sich noch weiter verbessern soll, wenn sich gegen Ende des dritten Beobachtungslaufs im kommenden Jahr mit „Kagra“ in Japan ein vierter Detektor hinzugesellt hat.

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