Durchbruch des Jahres: Gravitationswellen

Bereits vor 100 Jahren hat Albert Einstein die Existenz von Gravitationswellen vorhergesagt. Heuer wurden sie erstmals direkt nachgewiesen - für das Fachmagazin „Science“ der Durchbruch des Jahres.

Bereits vor einem Jahrhundert hatte Einstein prognostiziert, dass beschleunigte Massen Gravitationswellen durch die Raumzeit senden. Er glaubte allerdings nicht daran, dass diese Wellen jemals nachweisbar sein könnten - die erwartete Verzerrung der Raumzeit war einfach zu klein. Die massivsten bekannten Objekte im Weltall waren zu Einsteins Zeiten Sterne. Erst Jahrzehnte nach seiner Vorhersage wurden Schwarze Löcher und Neutronensterne entdeckt.

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

Nach der Entdeckung dieser kompakten Himmelsobjekte haben Astrophysiker jahrzehntelang versucht, Gravitationswellen direkt aufzufangen. Erst mit dem rundum erneuerten und in seiner Empfindlichkeit erheblich verbesserten LIGO-Observatorium (Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium ) wurden sie schließlich fündig. LIGO beobachtete, wie zwei Schwarze Löcher in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung von der Erde immer schneller umeinander kreisten und verschmolzen. Die Beobachtung eröffnet einen neuen Blick auf Phänomene, die zum Teil mit anderen Instrumenten gar nicht sichtbar sind.

Science-Schwerpunkt

„Breakthrough of the Year“, Science, 22.12. 2016

Bei der Premiere stauchten und streckten die Gravitationswellen die Detektorarme um etwa einen tausendstel Proton-Durchmesser. Inzwischen hat LIGO die Beobachtung eines zweiten derartigen Ereignisses bekanntgegeben. Die Gravitationswellenforscher blicken nun mit großen Erwartungen auf den geplanten Betriebsbeginn des VIRGO-Detektors in Italien im kommenden Jahr. Mit einem dritten Detektor lassen sich die Himmelspositionen künftiger Gravitationswellensignale erstmals triangulieren und damit einigermaßen genau eingrenzen, was mit den beiden LIGO-Detektoren alleine noch nicht genau möglich ist.

Planetenentdeckung und Go-Sieg

Neben den Gravitationswellen schafften es noch neun weitere wissenschaftliche Leistungen unter die Top Ten der wissenschaftlichen Durchbrüche. Darunter die Entdeckung des erdnächsten Planeten jenseits unseres Sonnensystems, die Forscher im August bekanntgaben.

Künstlerische Darstellung von Proxima b und seines Gestirns
ESO/M. Kornmesser

Auf Proxima b könnten sogar Bedingungen herrschen, die Leben ermöglichen. Hinter dieser Vermutung stehen allerdings noch viele Fragezeichen, wie die Astronomen um Guillem Anglada-Escudé von der Queen Mary Universität in London betonten. Der Stern Proxima Centauri ist gut vier Lichtjahre von der Erde entfernt.

Zu Jahresbeginn schlug das Computerprogramm AlphaGo einen der weltweit besten Go-Spieler. Und das auch noch mit einem Zug, den es eigentlich nicht gelernt haben kann - ein großer Moment in der Geschichte künstlicher Intelligenz. Bisher hatten viele Experten gesagt, das Brettspiel sei selbst für moderne Computer zu komplex.

Altersstopp, kluge Affen und Designer-Proteine

Es ist der Traum vieler Menschen: das Altern aufhalten. Wie Forscher er vor Kurzem berichteten ist es in verschiedenen Versuchen an Mäusen gelungen. Sie brachten genetisch veränderte Nager dazu, alternde Zellen in ihren Geweben zu vernichten. Altersbedingte Verschleißerscheinungen in Herz, Nieren oder den Arterien traten daraufhin langsamer auf.

Dass auch Menschenaffen Irrtümer anderer erkennen können, zeigten Forscher im Oktober des Jahres. Bisher waren viele Experten davon ausgegangen, dass nur Menschen diese Fähigkeit - auch Theory of Mind genannt - besitzen. Sie gipfelt in dem Verständnis, dass andere sich irren können und deshalb falsch handeln.

Schimpanse mit nachdenklichem Blick
Biomedical Primate Research Centre

Proteine gelten als Arbeitspferde der Zellen: Sie beschleunigen chemische Reaktionen, vermitteln Kommunikation zwischen Zellen oder schützen den Körper vor Eindringlingen. 2016 stellten mehrere Forscherteams Designer-Proteine vor, die sie am Computer entworfen und dann im Labor nachgebaut hatten. Solche Proteine könnten einst zum Beispiel als universelle Grippe-Impfstoffe eingesetzt werden.

Mäusebabys, Wanderwellen und Technologien

Forscher haben es heuer geschafft, Mäusebabys aus im Labor gezüchteten Eizellen zu erzeugen. Sie programmierten Stammzellen zu Eizellen um, ließen sie sich entwickeln und setzten sie nach einer künstlichen Befruchtung weiblichen Mäusen ein. Ergebnis: Aus einigen Schwangerschaften entstanden tatsächlich Mäuse, die sich fortpflanzen konnten.

Gleich drei Genetiker-Teams lieferten im September Daten darüber, wie der moderne Mensch aus Afrika kommend die Welt eroberte. Zwei davon fanden Hinweise, dass der Homo sapiens den Kontinent in nur einer einzigen großen Auswanderungswelle verließ.

Seit diesem Jahr ist ein tragbares Gerät auf dem Markt, mit dem sich DNA sequenzieren lässt. Es kann beispielsweise genutzt werden, um Ausbrüche von Seuchen vor Ort zu untersuchen. Auch auf der Internationalen Raumstation ISS war es schon im Einsatz. Bisher brauchte man zum Sequenzieren von DNA in der Regel ein Labor.

Auf diese neuen optischen Linsen sollte man ein Auge haben: Sogenannte Metalinsen bestehen aus winzigen Titandioxid-Strukturen. Obwohl sie viel dünner als ein Blatt Papier sind, vergrößern sie ebenso stark wie herkömmliche Glaslinsen. Sie könnten sowohl Mikroskope als auch Handykameras revolutionieren.

science.ORF.at/APA/dpa

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