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Einstein hatte Recht: Forscher weisen Gravitationswellen nach

Nach Jahrzehnten der Suche meinen Forscher nun, erstmals Gravitationswellen nachgewiesen zu haben. Die hatte Albert Einstein vor 100 Jahren in der Allgemeinen Relativitätstheorie prognostiziert. Er hatte aber nicht gedacht, dass ein Nachweis möglich ist.

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Nobelpreiswürdig: Forscher weisen Gravitationswellen nach

Die nun beobachteten Gravitationswellen haben ihren Ursprung in der Kollision zweier Schwarzer Löcher.

(Bild: Ligo)

Wissenschaftler haben zum ersten Mal Verformungen in der Raumzeit nachgewiesen, die als Gravitationswellen von Albert Einstein postuliert worden waren. Der hatte sie vor 100 Jahren mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben. Mit dem Gravitationswellen-Observatorium Ligo (Laser Interferometer Gravitation Wave Observatory) in den USA haben die Astrophysiker nun die Signatur zweier verschmelzender Schwarzer Löcher aufgespürt, berichteten die Forscher am Donnerstag in Washington. An der nobelpreisverdächtigen Entdeckung waren auch deutsche Forscher beteiligt: Zwei Wissenschaftler in Hannover hätten das Signal als erste gesehen, erklärte Bruce Allen, der Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik.

Wie die Forscher erläutern, wurden die Gravitationswellen am 14. September 2015 um 9:51 Uhr UTC (11:51 Uhr MESZ) gemessen. Von den Daten ausgehend, haben sie ermittelt, dass eine Kollision deren Ursprung war, bei der ein Schwarzes Loch von 29-facher Sonnenmasse mit einem von 36-facher Sonnenmasse verschmolzen war. Das ganze habe sich demnach vor 1,3 Milliarden Jahren von uns aus in der südlichen Hemisphäre ereignet. Die 3-fache Masse der Sonne sei in Gravitationswellen umgewandelt worden. Damit unterstreichen sie auch ihre Einordnung, dass Gravitationswellen Informationen über ihren Ursprung und die Natur der Gravitation transportieren, an die man anders nicht gelangen könnte.

Gravitationswellen nachgewiesen (8 Bilder)

Darstellung von Sonne und Erde in der Raumzeit
(Bild: Ligo)

Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zufolge ist Gravitation eine Eigenschaft des Raums, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Werden massereiche Körper beschleunigt, erzeugen sie der Theorie zufolge Gravitationswellen, die das Gefüge des Raums verformen – selbst bei großen Massen aber nur minimal. Mit gegenwärtigen Mitteln sind sie deswegen nur nachweisbar, wenn das dahinterstehende Ereignis groß genug ist. Auslöser sind beispielsweise zwei massereiche Körper wie die Schwarzen Löcher, die einander immer schneller umkreisen und schließlich verschmelzen.

Das Geräusch der Gravitationswellen: Zuerst (zweimal) in der schwer zu hörenden Originalfrequenz, dann noch in einer höheren und leichter zu verstehenden.

Da die Verformung des Raums durch Gravitationswellen äußerst klein ist, braucht es hochpräzise Messgeräte in einer speziellen Anordnung, um sie nachzuweisen. Das Ligo-Observatorium, an dem das nun geglückt ist, setzt dafür auf sogenannte Interferometer. Ligo umfasst dazu zwei baugleiche Observatorien, die jeweils aus zwei vier Kilometer langen Tunneln bestehen, in denen ein Vakuum herrscht und die L-förmig senkrecht aufeinander treffen. An dem Punkt, an dem die beiden Tunnel beginnen, wird ein Laser erzeugt und aufgespalten. Die kohärenten Strahlen laufen durch die Tunnel, an deren Ende sie von Spiegeln reflektiert werden.

Wenn die Strahlen hin und zurück durch die Tunnel gelaufen sind, werden sie zur Überlagerung gebracht. Da sie kohärent sind, müssten sie deckungsgleich sein, wenn sie die gleiche Strecke zurückgelegt haben. Sind sie das aber nicht, obwohl die Tunnel gleich lang sind, könnten Gravitationswellen für die Längenabweichungen verantwortlich sein. Um das zu überprüfen, braucht es mindestens ein zweites Observatorium, das zur gleichen Zeit die gleichen Längenänderungen beobachtet. Deswegen besteht Ligo aus zwei Teilen, die noch dazu weit genug voneinander entfernt sind, um andere – regional begrenzte – Ursachen für die Beobachtung auszuschließen.

Animation der Entstehung der Gravitationswellen

Das Ligo heißt inzwischen eigentlich Advanced Ligo, weil große Nacharbeiten die Genauigkeit deutlich verbessert haben. Das zweigeteilte Observatorium wird nicht nur von der US-amerikanischen National Science Foundation finanziert, sondern auch der deutschen Max-Planck-Gesellschaft, dem britischen Science and Technology Facilities Council und dem Australian Research Council. Eine ganze Reihe der Instrumente, die für den Nachweis nötig waren, wurden in Deutschland entwickelt und getestet. Rechnerleistung wurde auch vom Albert-Einstein-Institut in Hannover beigetragen. Ohne die die Leistungen der deutschen Partner wäre die Entdeckung nicht möglich gewesen, ist sich Karsten Danzmann vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik sicher.

[Update 11.02.2016 – 17:25] Weitere Informationen über das beobachtete Ereignis wurden nachgetragen. (mho)

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