Woher die Welle kam - und was Forscher damit herausfinden wollen

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Sensation in der Physik : Forscher messen erstmals Gravitationswellen

Woher kam die Welle?
Anhand des Signals haben die Forscher die Herkunft rekonstruiert. „Es war für eine halbe Sekunde in den beiden Detektoren messbar“, sagt Alessandra Buonanno, AEI-Direktorin in Potsdam und auf die Simulation von Gravitationswellen spezialisiert. Aus den Welleneigenschaften schließen die Physiker auf folgendes Szenario: Zwei schwarze Löcher mit 29 beziehungsweise 36 Sonnenmassen umkreisen einander, bis sie miteinander verschmelzen. Das neu entstandene schwarze Loch muss sich noch etwas zurechtruckeln, währenddessen „schwingt es wie eine Glocke“, erläutert Buonanno. In diesen kurzen Augenblicken wird viel Energie frei, die in Form von Gravitationswellen davonjagt. Das zeigt sich an der Masse des neuen schwarzen Lochs, es hat nur noch 62 Sonnenmassen statt 65.

Der Ort des Geschehens ist den Berechnungen zufolge 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernt. Da die Gravitationswellen vermutlich mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind, muss die Kollision bereits vor 1,3 Milliarden Jahren stattgefunden haben – erst jetzt hinterließ sie ihre Spuren im Detektor.

Welchen Nutzen haben Gravitationswellen?
Forscher erhoffen sich eine völlig neue Perspektive auf das Universum. Bisher nutzen sie Licht- und Radiowellen, die ferne Objekte aussenden. 99 Prozent des Kosmos geben aber gar keine elektromagnetische Strahlung ab, sagt Karsten Danzmann, Direktor am AEI in Hannover. Die Schwerkraft hingegen wirke überall. Diese zusätzliche Informationsquelle wollen die Wissenschaftler erschließen, dazu müssen sie Gravitationswellen erfassen.

Schwarze Löcher wären spannende Studienobjekte. Kurz bevor sie miteinander Verschmelzen bewegen sie sich sehr schnell und haben zugleich enorme Masse. Gilt Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie in diesem Extremfall immer noch? Diese Frage ließe sich mit den Wellen beantworten. Andere Wissenschaftler würden gern wissen, ob schwarze Löcher wirklich perfekt runde Objekte aus reiner, leerer und verbogener Raumzeit sind, wie es die Theorie vorhersagt. Bisher haben Astronomen nur die Umgebung der Schwerkraftmonster beobachtet wie zum Beispiel das erhitzte Gas in ihrer Nähe. Die Vorstellung von den schwarzen Löchern selbst ist möglicherweise gar nicht zutreffend.

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Ebenso unklar ist, ob Gravitationswellen tatsächlich mit Lichtgeschwindigkeit durchs All jagen. Theoretiker nehmen an, dass Gravitation durch bestimmte Teilchen – genannt Gravitons – übertragen wird. Sollten diese eine Masse haben, müssten die Wellen langsamer als das Licht sein. Das ließe sich überprüfen, indem Astronomen zum Beispiel das Verschmelzen zweier Neutronensterne beobachten. Dabei werden Gammastrahlen und Gravitationswellen frei. Die Forscher können messen, ob diese Signale wie erwartet gleich schnell auf der Erde ankommen, oder ob die Gravitationswellen doch etwas langsamer sind.

Womit soll die Gravitationswellenastronomie betrieben werden?
Mit Detektoren wie aLigo oder Geo600. Je nach Bauweise sind die Anlagen auf Wellen in einem bestimmten Frequenzbereich spezialisiert. Darüber hinaus soll 2034 das Observatorium „eLisa“ ins All gebracht werden. Drei Satelliten werden im Abstand von mehreren Millionen Kilometern positioniert, so dass ein Detektor mit viel größeren Armen entsteht, als es auf der Erde möglich ist. Dieser kann deutlich tiefere Frequenzen wahrnehmen. Die einzelnen Detektoren würden sich damit ergänzen. Wenn beispielsweise zwei schwarze Löcher miteinander verschmelzen, würde ein Satellitenobservatorium das wesentlich früher feststellen. Die Forscher könnten dann ihre erdgebundenen Detektoren sowie Teleskope auf das Schauspiel ausrichten, um es im Detail zu studieren.

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