Diese Computer-Simulation der US-Raumfahrtbehörde Nasa zeigt die Kollision zweier Schwarzer Löcher, die Gravitationswellen aussenden. Foto: SXS/www.nasa.gov/feature/jpl/listening-for-gravitational-waves-using-pulsars

Mit dem Nachweis des von Albert Einstein vorhergesagten Erzittern der Raumzeit haben Astrophysiker ein neues Kapitel aufgeschlagen. Alessandra Buonanno, Direktorin am Potsdamer Max-Planck-Institut, träumt davon, in einigen Jahren sogar den Urknall zu hören.

Hannover/Potsdam - Der erste Nachweis von Gravitationswellen vor fünf Jahren war eine wissenschaftliche Sensation. Mittlerweile sind schon 50 derartige Ereignisse beobachtet worden. Darunter waren Verschmelzungen von Schwarzen Löcher mit unterschiedlicher Masse sowie in zwei Fällen Neutronensterne, wie Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam, erklärt.

Auch die komplexeren Ereignisse hätten belegt, dass Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie weiterhin gilt. „Einstein hatte Recht“, sagt Buonanno. Die Astrophysikerin entwickelt theoretische Modelle und Simulationen, die helfen, die Signale zu identifizieren. 2018 erhielt sie den renommierten Leibniz-Preis.

2015 erstmals Gravitationswellen gemessen

Rund 100 Jahre nach Einsteins Vorhersage fingen die Ligo-Observatorien in den USA im September 2015 erstmals die Gravitationswellen von zwei sich umkreisenden Schwarzen Löchern auf, die in rund 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung zur Erde verschmolzen waren. Das Erzittern der Raumzeit, ausgelöst durch Ereignisse in den Tiefen des Universums, konnte hörbar gemacht werden.

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Der Nachweis wurde am 11. Februar 2016 der Weltöffentlichkeit präsentiert. Drei US-Wissenschaftler erhielten dafür 2017 den Nobelpreis, Gravitationswellenforscher aus Hannover und Potsdam waren an der Entdeckung maßgeblich beteiligt.

Was sind Gravitationswellen? Wie entstehen sie?

Gravitationswellen gehören zu den spektakulärsten Vorhersagen von Albert Einsteins (1879-1955) Allgemeiner Relativitätstheorie, die er 1915 veröffentlichte (die Spezielle Relativitätstheorie präsentierte er bereits im Jahr 1905).

Gravitationswellen entstehen, wenn Massen beschleunigt werden. Gigantische Massen, die sich kein Mensch vorstellen kann. Massen zum Beispiel, die bei der Explosion von Sternen am Ende ihrer Lebenszeit entstehen. Die dabei ausgesendeten Gravitationswellen stauchen und strecken die Raumzeit, ähnlich wie die Wellen, die entstehen, wenn man einen Stein ins Wasser wirft und sich dann die Seeoberfläche kräuselt.

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Jeder beschleunigte Körper sendet Einsteins Theorie zufolge Gravitationswellen aus, die umso stärker sind, je mehr Masse der Körper hat. Allerdings sind sie in der Regel so winzig, dass man sie nicht messen kann. Der US-Physiker Joseph Weber von der Maryland University war 1958 der Erste, der die Wellen mit Hilfe von Resonanzdetektoren nachzuweisen versuchte. Das Messprinzip ist in etwa gleich geblieben, wenn auch mittlerweile extrem komplexer.

Neue Messgeräte, um den Urknall zu hören

Für die nächste Beobachtungsphase, die frühestens im Juni 2022 beginnen wird, rechnet Alessandra Buonanno wegen technischer Verbesserungen sogar mit 150 Ereignissen im Jahr. Wird irgendwann der Urknall zu hören sein? „Um den Urknall zu hören, was auch mein Traum ist, müssen wir auf neue Detektoren warten“, erläutert sie. „Wenn wir Glück haben, wird das frühestens 2040 bis 2050 sein.“

Die Signale aus dem All empfangen die amerikanischen Ligo-Observatorien sowie die Detektoren Virgo in Italien und Kagra in Japan. In der Nähe von Hannover steht der kleinere Detektor GEO 600, in dem Teile der Technik entwickelt wurden.

Die Anlagen messen die Wellen mit Hilfe von Laserlicht in zwei kilometerlangen Röhren, die wie Arme rechtwinklig am Boden liegen. Läuft eine Gravitationswelle hindurch, staucht und streckt sie die Arme minimal – rund 1000 Mal weniger als der Durchmesser eines Wasserstoffatomkerns. In Zukunft sollen Gravitationswellen noch genauer im All gemessen werden. Der Start dieser Mission namens Lisa ist für 2034 geplant.

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