Wissenschaftler weisen Einsteins Gravitationswellen nach
Erstmals haben Weltraumforscher nach eigenen Angaben Gravitationswellen direkt nachgewiesen und damit eine 100 Jahre alte Vorhersage von Albert Einstein belegt. Die Astrophysiker vom LIGO-Observatorium in den USA präsentierten ihre nobelpreisverdächtige Entdeckung am Donnerstag in Washington.
Gravitationswellen entstehen insbesondere, wenn grosse Objekte wie Sterne beschleunigt werden. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und verbiegen dabei den Raum - ähnlich wie ein ins Wasser geworfener Stein, der sich ausbreitende Wellen auf der Oberfläche erzeugt.
Das Spezialobservatorium LIGO in den USA fing die Signatur zweier verschmelzender Schwarzer Löcher auf. Der Nachweis bestätige nicht nur die Existenz der Gravitationswellen, sondern bedeute auch eine neue Ära in der Astronomie, betonten die Forscher. «Wir haben eine neue Art Teleskop gebaut und ein völlig neues Feld eröffnet», sagte einer der LIGO-Gründungsväter, Rainer Weiss vom Massachusetts Institute of Technology.
Erstmals liessen sich nun Schwarze Löcher direkt beobachten, sagte Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam. Die Möglichkeit, Gravitationswellen direkt zu messen, stelle ein fundamental neues Werkzeug zur Erforschung des Universums dar, betonte Buonanno. «Damit beginnt mit Sicherheit eine neue Ära in der Physik und Astronomie.»
Gravitationswellen gehören zu den spektakulären Vorhersagen von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Jeder beschleunigte Körper sendet demnach Gravitationswellen aus - also auch ein Autofahrer, der an einer Ampel startet.
Die Wellen sind umso stärker, je mehr Masse der Körper hat. Jedoch sind sie in der Regel so winzig, dass Einstein selbst nicht daran glaubte, dass man sie jemals messen könnte. Seit über 50 Jahren suchen Physiker einen direkten Nachweis.
Dieser ist nun offensichtlich mit den beiden LIGO-Messtationen (Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium) in Livingston und Hanford, USA, gelungen. «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.
Das Institut ist aktiv an der Suche beteiligt und hat Technologie zu dem LIGO-Observatorium beigetragen. Zwei Wissenschaftler aus Hannover hätten das Signal aus den USA als erste bemerkt.
Den Analysen zufolge hatten die beiden beobachteten Schwarzen Löcher 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. Die LIGO-Wissenschaftler beschreiben ihre Entdeckung im renommierten Fachblatt «Physical Review Letters».
LIGO misst das Erzittern der Raumzeit mit Hilfe von zwei jeweils vier Kilometer langen auf einem flachen Boden liegenden Röhren, die rechtwinklig aufeinander stossen. 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.