Homepage: Brummeln und Pfeifen

In den letzten Monaten wurden auf dem Weg zur Lösung der Einstein-Gleichungen große Fortschritte erzielt. Weltweit ist es einigen Gruppen von Gravitationsphysikern gelungen, durch die Berücksichtigung von magnetischen Feldern, die Umlaufbahnen zweier Schwarzer Löcher bis zur Verschmelzung zu verfolgen und numerisch zu berechnen. Am Golmer Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI), fand in der vergangenen Woche zu diesen Themenbereichen eine Konferenz („New Frontiers in Numerical Relativity“) statt. Hier trafen sich eine Woche lang die weltweit führenden Wissenschaftler der Gravitationsphysik und -astronomie.

Gravitationsphysik beschäftigt sich hauptsächlich mit der Numerischen Relativitätstheorie. Diese ist das Teilgebiet der Physik, welches sich mit der Lösung der Einstein-Gleichungen auf Computern auseinander setzt, um die Existenz von Gravitationswellen auf der Erde und im Weltall nachzuweisen. Die Konferenz erwartete sich wegweisende Einsichten in die Entwicklung des Universums, von dem uns nur 96 Prozent bekannt sind. Gravitationswellen liefern genaue Informationen über die Verteilung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern im Universum sowie über den Ablauf kosmischer Katastrophen wie einer Sternenexplosion (Supernova) oder dem Zusammensturz und der Verschmelzung zweier Sterne und künden vielleicht sogar vom Urknall selbst. Da ihre Frequenzen im Hörbereich liegen, besteht die Chance, dass Physiker und Mathematiker schon bald das „Brummeln und Pfeifen des Universums“ hörbar machen.

In welcher Beziehung Einsteins Formeln zu Schwarzen Löchern stehen, scheint ausschlaggebend für den Nachweis von Gravitationswellen, denn die Einsteinformeln sagen die Existenz der Schwarzen Löcher voraus. „Man kann also mit Sicherheit sagen, dass die Schwarzen Löcher die besten Kandidaten unter den Quellen der Gravitationswellen darstellen“, so Professor Luciano Rezzolla, Wissenschaftler für Astrophysikalische Relativität am AEI in Golm.

Momentan werden auf diesem Gebiet große Fortschritte erzielt: Wissenschaftler weltweit können seit einigen Monaten die Spiralbewegung und das Verschmelzen von Neutronensternen, oder ihren Kollaps zu einem Schwarzen Loch numerisch, untersuchen. Dies geschieht mit Hilfe von „Supercomputern“, die ausschließlich für die Simulation von Einsteins Gleichungen konzipiert wurden. So sei eine relativ genaue Vorhersage der ausgesendeten Gravitationswellen möglich. Derartige Forschungsergebnisse stellen wichtige Meilensteine auf dem Gebiet der Gravitationsphysik dar, die auf der Konferenz im AEI im Detail vorgestellt und diskutiert wurden.

Damit Gravitationswellen überhaupt messbar gemacht werden können, bedarf es eines komplexen Gerätes, dem GEO600, einem interferometrischen Detektors (Gerät zur Messung von Wellen), der in Ruthe, nahe Hannover seinen Standort hat. Um zu verhindern, dass die Messung des erdgebundenen Detektors GEO600, durch Erschütterungen, etwa von vorüberfahrenden Kraftfahrzeugen, gestört wird, sind seit Jahren Gravitationsphysiker der ganzen Welt in gemeinsamer Arbeit damit beschäftigt, einen riesigen interferometrischen Detektor (LISA) ins Weltall zu befördern. LISA (Laser InterferometerSpaceAntenna) besteht aus drei Satelliten, die in Form eines Dreiecks im All stationiert werden.

LISA wird mit seiner Armlänge von fünf Millionen Kilometern das größte je von Menschenhand geschaffene Messinstrument sein und soll 2013 gestartet werden. Diese drei Satelliten sollen die Existenz von Gravitationswellen, durch die Erfassung und Herausfilterung der allerkleinsten Erschütterung im Weltraum, beweisen. Das AEI in Golm ist maßgeblich und federführend an der Konzeption und Entwicklung dieser extrem anspruchsvollen Technik beteiligt.

Malalai Bindemann