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Computersimulation © ligo_laboratory Video
Schwarze Löcher brachten auf die Spur. (Beitrag vom 12. Februar 2016)
"Eine neue Ära"
Erster direkter Beleg für Gravitationswellen
Der Nachweis der Gravitationswellen eröffnet eine neue Ära in der Astronomie, sagt David Reitze, Direktor des US-amerikanischen Ligo-Observatoriums.
Erstmals lassen sich Schwarze Löcher nun direkt beobachten. "Vor 400 Jahren hat Galileo ein Teleskop auf den Himmel gerichtet. Ich glaube, wir tun heute etwas ähnliches", so Reitze. Der britische Physiker Stephen Hawking gratulierte dem Ligo-Team. "Gravitationswellen ermöglichen eine komplett neue Art, das Universum zu betrachten. Die Fähigkeit, sie wahrzunehmen hat das Potenzial die Astronomie zu revolutionieren", sagte er.

© dpa Video
Bisher gab es nur Simulationen der Wellen (Beitrag vom 11. Februar 2016)
Die Forscher am Ligo ("Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium") hatten die von Albert Einstein vorhergesagten Gravitationswellen erstmals direkt nachgewiesen. Die Entdeckung ist ein heißer Kandidat für einen Nobelpreis.

"Wir haben die letzten vier Umläufe von zwei Schwarzen Löchern gesehen, bevor sie miteinander verschmolzen sind", berichtete der geschäftsführende Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover, Bruce Allen. Dies ist an der Suche beteiligt und hat Technologie zu dem Ligo ("Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium") beigetragen.

Das Signal lässt keinen Zweifel am Nachweis
Das Signal sei sehr deutlich und lasse keine Zweifel am direkten Nachweis der Gravitationswellen, betonte Allen. Zwei Forscher des Instituts in Hannover hätten das Signal aus den USA als erste bemerkt. Das sei vormittags gewesen, als US-Forscher wegen der Zeitverschiebung noch schliefen. "Die beiden hielten es zunächst für einen künstlichen Test - das Signal war einfach zu gut!" Monatelange Analysen hätten die Echtheit des Messergebnisses bestätigt. Allen nannte den Nachweis eines der wichtigsten Ergebnisse in der Physik in den vergangenen Jahrzehnten.

"Wenn man sich dieses Signal anschaut, ist es wie aus dem Lehrbuch", ergänzte Allens Kollege Karsten Danzmann, ebenfalls Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover. Den Analysen zufolge habe sich die Verschmelzung der beiden Schwarzen Löcher in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung in einem Gebiet am Südhimmel in Richtung des Sternbilds Schwertfisch ereignet, erläuterte Danzmann.

Die beiden Schwarzen Löcher hatten 29 und 36 Mal so viel Masse wie unsere Sonne. Das aus ihrer Verschmelzung hervorgegangene Schwarze Loch besitzt jedoch nur 62 Sonnenmassen. Die Differenz von 3 Sonnenmassen ist gemäß Einsteins Masse-Energie-Äquivalenz in Form von Gravitationswellenenergie abgestrahlt worden.

Ligo misst dieses Erzittern der Raumzeit mit Hilfe von zwei jeweils vier Kilometer langen Röhren, die auf einem flachen Boden rechtwinklig aufeinandertreffen. Über ein Lasersystem in den Röhren lässt sich die Länge der Arme extrem genau überwachen. Läuft eine Gravitationswelle durch die Anlage, staucht und streckt sie die Arme unterschiedlich stark. Die verschmelzenden Schwarzen Löcher stauchten die Anlage nur um ein Tausendstel der Dicke eines Wasserstoffatomkerns. Dennoch schlug der Detektor an.

Neues Werkzeug zur Erforschung des Universums
Die Beobachtung belege nicht nur die Existenz von Gravitationswellen, sondern auch von Systemen aus zwei Schwarzen Löchern, betonte Alessandra Buonanno aus Potsdam. "Wir haben immer gehofft, dass diese Systeme existieren, aber solche Doppel-Schwarzen-Löcher lassen sich nicht auf anderem Weg als mit Gravitationswellen nachweisen, denn sie senden kein Licht oder andere elektromagnetische Strahlung aus." Die Möglichkeit, Gravitationswellen direkt zu messen, stelle somit ein fundamental neues Werkzeug zur Erforschung des Universums dar.

Gravitationswellen gehören zu den wichtigsten Vorhersagen von Albert Einstein. Jeder beschleunigte Körper sendet der Theorie zufolge diese Wellen aus, die umso stärker sind, je mehr Masse der Körper hat. Allerdings sind sie in der Regel so winzig, dass Einstein selbst nicht daran glaubte, dass man sie jemals messen könnte. Seit mehr als 50 Jahren versuchen sich Physiker dennoch an einem direkten Nachweis. Alle vermeintlichen Erfolgsmeldungen hatten sich bislang allerdings als nicht haltbar entpuppt.

Dennoch gibt es kaum Zweifel an der Existenz der Gravitationswellen: 1974 hatten die beiden US-amerikanischen Astronomen Russell Alan Hulse und Joseph Taylor ein Doppelsystem aus zwei besonderen Neutronensternen entdeckt, die sich eng umkreisen. Ihre Umlaufzeit nimmt langsam ab, was sich exakt mit dem Energieverlust durch Gravitationswellen erklären lässt. Für diesen - indirekten - Nachweis bekamen die beiden Wissenschaftler 1993 den Physik-Nobelpreis.

Gast
VideoZum Thema sprachen wir am 12. Februar 2016 mit Karsten Danzmann, Direktor des Albert-Einstein-Instituts Hannover.
Mediathek: Interview
Der Raumzeit auf der Spur
Karsten Danzmann erklärt, was Gravitationswellen für die Erforschung des Alls bedeuten. (Beitrag vom 3. Dezember 2015)
Mediathek
© dpaVideoGlückwunsch!
Auch Stephen Hawking gratuliert: "Gravitationswellen ermöglichen eine komplett neue Art, das Universum zu betrachten. Die Fähigkeit, sie wahrzunehmen, hat das Potenzial die Astronomie zu revolutionieren." (Beitrag vom 12. Februar 2016)
Glossar
Neutronenstern
Auch Sterne müssen sterben. Ihre gewaltigen Gasmassen werden nur dadurch "aufgeblasen", dass sie Wasserstoff zu Helium "verbrennen".
Glossar
Schwarzes Loch
Auch Sterne müssen sterben, denn die gewaltigen Gasmassen einer Sonne werden dadurch "aufgeblasen", dass sie in ihrem Inneren vor allem Wasserstoff zu Helium "verbrennen".
Glossar
Gravitationswellen
Wenn sich besonders schwere Materie durch das All schwingt wie Schwarze Löcher oder Neutronensterne, dann biegt sich der Raum unter diesen Wellen.
Glossar
Albert Einstein
Bekannt ist Albert Einstein besonders für die Allgemeine Relativitätstheorie mitsamt der Formel E=mc2: Energie und Masse sind verschiedene Ausprägungen der gleichen Substanz.
Literatur
Abbott B et al (2016) Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Phys Rev Lett 116, 061102
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