Gravitationswellen, die Zweite

Es war eine wissenschaftliche Sensation: Im Februar jubelten Wissenschaftler über den erstmaligen Nachweis von Gravitationswellen. Nun ist ihnen dieses Kunststück zum zweiten Mal geglückt. Das Experiment zeigt: Der Kosmos schwingt im Takt explodierender Sterne und verschmelzender Schwarzer Löcher.

Der Nachweis gelang mit Hilfe des hochempfindlichen Ligo-Observatoriums in den USA - jene Anlage, mit der die Forscher schon zuvor zum Erfolg gekommen waren. „Mit dieser zweiten Beobachtung sind wir auf dem Weg zur echten Gravitationswellen-Astronomie“, sagt Ligo-Physiker Karsten Danzmann, vom Albert-Einstein-Institut in Hannover. „Wir können nun anfangen, eine Vielzahl von Quellen auf der unbekannten dunklen Seite des Universums zu erforschen.“

Schwingende Raumzeit

Gravitationswellen kann man nicht mit den Augen sehen, auch ihre Quellen senden oft kein Licht aus. Sie sind eine der spektakulärsten Vorhersagen von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie und entstehen stets, wenn Massen beschleunigt werden.

Gravitationswellen bringen die Raumzeit selbst zum Schwingen. Sie sind umso stärker, je größer die beschleunigte Masse ist. Allerdings sind die Wellen auch bei extrem großen Massen immer noch so klein, dass sie erst hundert Jahre nach Einsteins Vorhersage mit empfindlichen modernen Instrumenten nachgewiesen werden konnten.

Ligo-Observatorium in Hanford, USA
Caltech/MIT/LIGO Laboratory
Ligo-Observatorium in Hanford, USA

Ligo, das „Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium“, besteht aus zwei Anlagen in den USA. Beide haben zwei jeweils vier Kilometer langen Röhren, die rechtwinklig auf dem Boden liegen. Über ein Lasersystem lässt sich die Länge dieser beiden Arme extrem genau überwachen. Läuft eine Gravitationswelle durch die Anlage, staucht und streckt sie die Arme unterschiedlich stark. So hatten die Forscher die ersten Gravitationswellen am 14. September 2015 registriert. Der Nachweis wurde nach gründlichen Analysen im Februar der Weltöffentlichkeit präsentiert. Das Signal stammte von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern.

Schon am 26. Dezember 2015 schlug das Observatorium erneut an - und wieder kam das Signal von zwei Schwarzen Löchern. Diese sind acht bzw. 14 Mal so schwer wie unsere Sonne - beziehungsweise waren sie es: Denn die beiden Schwarzen Löcher näherten sich aneinander an verschmolzen schließlich zu einem einzigen Schwarzen Loch mit 21 Sonnenmassen - die Masse einer ganzen Sonne wurde bei diesem Ereignis in Form von Gravitationswellen-Energie ins All ausgestrahlt.

Die Analyse dieses Ereignisses, das nach dem Datum die Katalognummer GW151226 bekam, haben die Forscher jetzt anlässlich der Jahrestagung der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft in San Diego vorgestellt. Die entsprechende Studie soll in einer der kommenden Ausgaben des Fachblatts „Physical Review Letters“ erscheinen.

Neuer Detektor startklar

Im Gegensatz zum ersten Nachweis konnten die Forscher diesmal nicht nur die letzten vier Umrundungen der verschmelzenden Schwarzen Löcher beobachten, sondern zuschauen, wie beide sich 27 Mal umkreisten, bevor sie sich vereinigten.

„Wegen ihrer gegenüber der ersten Beobachtung geringeren Masse verbrachten sie mehr Zeit im empfindlichen Bereich der Detektoren, etwa eine Sekunde“, sagt die wissenschaftliche Ligo-Sprecherin Gabriela González von der Louisiana State University. „Es ist ein vielversprechender Anfang, um die Populationen Schwarzer Löcher in unserem Universum zu kartieren.“

Im nächsten Jahr soll der italienisch-französische Virgo-Detektor die beiden Ligo-Antennen ergänzen. Damit soll sich die Position der Gravitationswellen-Quellen am Himmel erstmals über eine Methode der optischen Abstandsmessung - die sogenannte Triangulation - bestimmen lassen, so dass eine genauere Ortsbestimmung möglich wird. „Ich bin absolut zuversichtlich, dass wir in den nächsten paar Jahren Dutzende ähnliche Verschmelzungen Schwarzer Löcher beobachten und viel über das Universum erfahren werden“, kommentiert Bruce Allen vom Albert-Einstein-Institut in Hannover.

science.ORF.at/dpa

Mehr zu diesem Thema: