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28.08.2016 - 08:52
Eine Computersimulation zeigt die Ausbreitung von Gravitationswellen.
Foto: APA/dpa/Julian Stratenschulte, APAdpa/dpaweb

Gravitationswellen erstmals direkt nachgewiesen

11.02.2016, 18:20

Nach jahrzehntelanger Suche haben Wissenschaftler eigenen Angaben zufolge erstmals Gravitationswellen direkt beobachtet. Damit haben sie eine 100 Jahre alte Vorhersage von Albert Einstein bestätigt. Ausgelöst wurden die gemessenen Wellen durch zwei kollidierende Schwarze Löcher. Experten bezeichnen den Nachweis als eines der wichtigsten physikalischen Ereignisse in jüngerer Zeit.

Gravitationswellen entstehen vor allem, wenn große Objekte wie Sterne beschleunigt werden. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen aus und verbiegen und stauchen dabei den Raum, ähnlich wie ein ins Wasser geworfener Stein die Oberfläche kräuselt. Der erste direkte Nachweis ist nun mit zwei nahezu baugleichen Detektoren, den Laser- Interferometer- Gravitationswellen- Observatorien (kurz LIGO) in Hanford im US- Bundesstaat Washington und im 3000 Kilometer entfernten Livingston (Louisiana), gelungen.

System erfasst winzigste Längenveränderungen

Die LIGO- Detektoren bestehen aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten geraden Armen, die jeweils vier Kilometer lang am Boden verlaufen. Im Inneren laufen Laserstrahlen, mit denen sich eine Änderung der Armlängen zueinander extrem genau messen lässt. Treffen Gravitationswellen diese Anlage, stauchen und strecken sie die Arme um winzige Beträge unterschiedlich. Das Lasersystem soll dabei noch Längenänderungen erfassen, die rund zehntausendmal kleiner sind als ein Wasserstoffatomkern.

Die Wellen sind zwar umso größer, je größer die Masse ist, doch selbst bei gigantischen Schwarzen Löchern in einiger Entfernung ist der von ihnen verursachte Effekt immer noch so klein, dass sie erst jetzt mit einem verfeinerten Spezialinstrument nachgewiesen werden konnten.

Experte: Kein Zweifel an direktem Nachweis

Mit den LIGO- Messtationen fingen die Astrophysiker die Signale zweier verschmelzender Schwarzer Löcher auf, wie das LIGO- Konsortium am Donnerstag berichtete. "Wir haben die letzten vier Umläufe von zwei Schwarzen Löchern gesehen, bevor sie miteinander verschmolzen sind", berichtete der Direktor des an der Arbeit beteiligten Max- Planck- Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover, Bruce Allen.

Das Signal - es wurde am 14. September 2015 entdeckt - sei sehr deutlich und lasse keine Zweifel am direkten Nachweis der Gravitationswellen, so Allen. Monatelange Analysen hätten schließlich die Echtheit des Messergebnisses bestätigt, so die Wissenschaftler. Allen nannte den Nachweis eine der wichtigsten Erkenntnisse der Physik in den vergangenen Jahrzehnten.

Künstlerische Illustration: Das Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher
Foto: Caltech/MIT/LIGO

Den Analysen der Forscher zufolge habe sich die Verschmelzung der beiden Schwarzen Löcher in etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung in einem Gebiet am Südhimmel in Richtung des Sternbilds Schwertfisch ereignet, sagte Allens Kollege Karsten Danzmann. Die beiden Schwarzen Löcher hatten demnach 29- bzw. 36- mal so viel Masse wie unsere Sonne. Das aus ihrer Verschmelzung hervorgegangene Schwarze Loch besitzt jedoch nur 62 Sonnenmassen, so die Forscher. Die Differenz von drei Sonnenmassen wurde gemäß Einsteins Masse- Energie- Äquivalenz in Form von Gravitationswellenenergie abgestrahlt.

Auch österreichische Forscher beteiligt

Am Nachweis der Gravitationswellen waren auch österreichische Forscher beteiligt: Die theoretischen Physiker Sascha Husa, Michael Pürrer, Patricia Schmidt, Gernot Heißel und Reinhard Prix arbeiten an Forschungsinstituten in Deutschland, Spanien, Großbritannien und den USA und sind Teil der mehr als 1000 Wissenschaftler umfassenden "LIGO Scientific Collaboration".

Die am 14. September 2015 entdeckten Signale der LIGO-Messstellen
Foto: Caltech/MIT/LIGO

"Ein so deutliches Signal hätten wir uns in unseren kühnsten Träumen nicht auszumalen gewagt", so Sascha Husa von der Universität der Balearen in Palma de Mallorca begeistert. Auch Reinhard Prix vom Max- Planck- Institut für Gravitationsphysik in Hannover sagte, man sei vom Signal regelrecht "überrumpelt" worden. "Dass unser erstes Signal gleich vom Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher stammt, ist ein Traum", freute sich Patricia Schmidt.

Später Triumph von Albert Einstein

Gravitationswellen gehören zu den spektakulären Vorhersagen von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Jeder beschleunigte Körper - auch ein an der Ampel startender Autofahrer - sendet demnach solche Wellen aus. Sie sind umso stärker, je mehr Masse der Körper hat.

Doch selbst wenn sie von kosmischen Großereignissen wie Sternenexplosionen oder kollidierenden Schwarzen Löchern kommen, sind sie in der Regel so winzig, dass Einstein selbst nicht daran glaubte, dass man sie je messen könnte. Seit mehr als 50 Jahren suchten Physiker einen direkten Beweis - jetzt ist ihnen das gelungen.

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red/AG
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