Ein Observatorium, groß wie die Galaxis
Gestörte Raumzeit
Gravitationswellen sind Dehnungen und Stauchungen der Raumzeit. Dass es so etwas geben kann, ja eigentlich muss, wissen Physiker durch die Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein. Doch was sich berechnen lässt, ist leider nicht immer so einfach im Experiment nachzuweisen.
Denn die Effekte sind winzig im Vergleich zu den Energiebeträgen, mit denen man es sonst im Kosmos zu tun hat. Jupiter beispielsweise, der massereichster Planet im Sonnensystem, sollte durch seinen Umlauf um die Sonne Gravitationswellen erzeugen, die einem Kilowatt entsprechen. Das ist weniger als die Leistung eines handelsüblichen Toasters.
Bojen in der Milchstraße
Laut einer kürzlich auf dem Preprintserver "arXiv" erschienenen Arbeit könnte demnächst ein neues Zeitalter der Gravitationswellenforschung anbrechen. Ein Konsortium namens "NANOGrav" ("The North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves") möchte den feinen Störungen der Raumzeit nun mit Hilfe eines galaktischen Observatoriums zu Leibe rücken. Die Grundidee: Rotierende Neutronensterne, auch Pulsare genannt, könnten quasi als Messinstrumente dienen, die praktischerweise über die gesamte Milchstraße verteilt sind. Pulsare senden elektromagnetische Wellen aus, dieses Signal sollte sich geringfügig verändern, sofern der Neutronenstern von einer Gravitationswelle erfasst wird.
Bei einem einzigen Stern wäre so eine Signalverschiebung vermutlich nutzlos, aber bei einem riesigen Netz von Sternen sieht die Sache schon anders aus: Im Prinzip würden sich die Pulsare wie ein Netzwerk von Bojen verhalten, die auf den Konturen der Meereswellen tanzen (Bild oben).
Gesucht: Passende Pulsare
Die Umsetzung der bestechend einfachen Idee dürfte allerdings nicht ganz so simpel werden, wie Frederick Jenet von der University of Texas und seine Kollegen in ihrer Arbeit schreiben. Noch habe man die geeigneten Pulsare nicht entdeckt, immerhin wisse man relativ genau, wie sie beschaffen sein sollten:
Sie müssten von der Nordhalbkugel aus zu sehen sein, sie müssten im Millisekundenbereich abstrahlen, und die Signale müssten nicht zuletzt mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden können. Bislang ist das nicht möglich, aber Jenet und seine Kollegen sind optimistisch, dass das mit der neuen Generation von Teleskopen möglich sein wird. Kandidaten dafür sind etwa der Allen Telescope Array in Kalifornien und der Square Kilometer Array, der in Australien oder Südafrika errichtet werden soll.
Indirekter Nachweis längst gelungen
Auch wenn noch immer direkte Hinweise auf die Existenz der Gravitationswellen fehlen, haben die Astronomen mit der indirekten Methode bereits einige Erfolge verbucht. Als historischer Durchbruch gilt die Entdeckung des Doppelpulsars PSR 1913+16 in den 40er Jahren durch die beiden US-Amerikaner Russell Hulse und Joseph Taylor. Die zwei Physiker stellten fest, dass die beiden Sterne im Lauf der Zeit in immer engeren Bahnen um den Schwerpunkt des Doppelsystems rotieren - ein Effekt, der als Energieverlust durch abgestrahlte Gravitationswellen interpretiert wurde.
Dass man dieser Erklärung in der Physikergemeinde vertraut und somit auch die Existenz von Gravitationswellen als bewiesen ansieht, zeigt folgende Tatsache: Hulse und Taylor wurden 1993 für ihre Pioniertat mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.
Mehr zu diesem Thema:
- Gravitationswellen: Außer Spesen nichts gewesen
- Schwarzes Loch rast aus Heimatgalaxie
- Zukunftspläne der NASA: Priorität für Dunkle Energie
Robert Czepel, science.ORF.at
