Gravitationswellen: Neues Fenster zum Universum

Seit Jahrzehnten sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der Jagd nach ihnen: Nach den Verzerrungen in der Raumzeit, die durch extrem schnell beschleunigte große Massen erzeugt werden.So wie ein Rührlöffel in einem Wasserbecken spiralförmige Wellen erzeugt, so verquirlen beispielsweise zwei eng umeinander kreisende Schwarze Löcher solche Spiralen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit nach außen fortsetzen.

Von zwei Schwarzen Löchern gehen spiralförmige Wellen ähnlich Wasserwellen aus

Gravitationswellen im Prinzip. Bild: R. Hurt/Caltech-JPL

Diese Wellen sind nun kein hoch- und runterschwappen, wie man dies aus der der Abbildung vielleicht entnehmen könnte. Stattdessen bewirken sie, dass sich Längen ein wenig ändern – auf einer Strecke von einigen Kilometern um weniger als einen Atomdurchmesser.

Kaum messbar, möchte man meinen. Und tatsächlich, erst nach mehreren Jahrzehnten Anstrengung gelang es im September 2015 erstmals, das Signal eines solchen Schwarze-Löcher-Quirls zu messen: mit zwei L-förmigen Längenmessgeräten („Gravitationswellendetektoren“) an zwei Standorten in den USA. Das dabei beobachtete Signal ist wunderschön: Es passt exakt zur Vorhersage von zwei sich umkreisenden Schwarzen Löchern, die innerhalb kürzester Zeit aufeinander zu spiralen und dann zu einem größeren Schwarzen Loch verschmelzen.

Messdaten: Eine nach recht in Amplitude und Frequenz zunehmende Welle, die am Ende abbricht und in ein flaches Signal übergeht.

Messdaten aus dem Lehrbuch: Dünn sind die Vorhersagen eingetragen, etwas dicker sind die tatsächlichen Messwerte. Perfekte Übereinstimmung.

Die Entdeckung wurde von den beteiligten Instituten auf mehreren Pressekonferenzen – auch am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover – am 11. Februar 2016 bekannt gegeben. Das Datum markiert damit auch den Beginn einer neuen Beobachtungsmethode: Gravitationswellen durchdringen nämlich völlig ungehindert Staub und Gas im Weltraum und können so von überall her uns erreichen. Jedes Mal, wenn im Universum solche gewaltigen Ereignisse wie das Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher stattfinden, werden das die Detektoren vermessen können. So können überhaupt erstmals diese exotischen Objekte des Universums direkt beobachtet werden.

Eine exzellente Zusammenfassung, wie die Jagd nach Gravitationswellen in den letzten Jahren schließlich zum Erfolg führte, findet sich bei Welt der Physik.

Update: Im Haus der Wissenschaft in Bremen werde ich am Samstag, 13. August, in der Reihe „Wissen um 11“ einen Vortrag über Gravitationswellen halten.