Forscher weisen erstmals Gravitationswellen nach

In der Wissenschaft ist ein neues Kapitel aufgeschlagen worden. Forscher in den USA haben erstmals Gravitationswellen nachgewiesen. Damit beginnt eine neue Ära in der Physik.

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Wie entstehen Gravitationswellen?

3:34 min, vom 11.2.2016

Als Albert Einstein 1915 die allgemeine Relativitätstheorie vorstellte, präsentierte er ein neues Bild der Gravitation. Demnach entsteht Schwerkraft dadurch, dass Masse den Raum durch ihre Anwesenheit krümmt.

Geraten nun irgendwo im Weltall mächtige Massen in Wallung, sollte das regelrechte Dellen in die Raumzeit schlagen. Diese, so Einsteins Theorie, rasen lichtschnell durch den Kosmos – und das müsste demnach auf der Erde mit geeigneten Messinstrumenten nachzuweisen sein.

Jetzt haben Weltraumforscher erstmals Gravitationswellen direkt nachgewiesen und damit die 100 Jahre alte Vorhersage von Albert Einstein belegt. Die Astrophysiker vom Ligo-Observatorium in den USA präsentierten ihre nobelpreisverdächtige Entdeckung in Washington.

Gravitationswellen entstehen insbesondere, wenn grosse Objekte wie Sterne beschleunigt werden und so den Raum stauchen und strecken. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und verbiegen dabei den Raum – ähnlich wie ein ins Wasser geworfener Stein, der sich ausbreitende Wellen auf der Wasseroberfläche erzeugt.

Neue Ära in der Physik und Astronomie

Das Spezialobservatorium Ligo in den USA habe die Signatur zweier verschmelzender Schwarzer Löcher aufgefangen. Der Nachweis bestätige nicht nur die Existenz der Gravitationswellen, sondern bedeute auch eine neue Ära in der Astronomie, betonten die Forscher. «Wir haben eine neue Art Teleskop gebaut und ein völlig neues Feld eröffnet», sagte einer der Ligo-Gründungsväter, Rainer Weiss vom Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Die Physiker Rainer Weiss (vorne) und Kip Thorne vor der Presse in Washington.

Bildlegende: Dafür wird es wohl den Nobelpreis geben: Rainer Weiss (vorne) und Kip Thorne in Washington. Keystone

Erstmals liessen sich nun Schwarze Löcher direkt beobachten, sagte Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam. Die Möglichkeit, Gravitationswellen direkt zu messen, stelle ein fundamental neues Werkzeug zur Erforschung des Universums dar, betonte Buonanno.

50 Jahre Forschungsarbeit

Gravitationswellen gehören zu den spektakulären Vorhersagen von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Jeder beschleunigte Körper sendet demnach Gravitationswellen aus. Die Wellen sind umso stärker, je mehr Masse der Körper hat. Jedoch sind sie in der Regel so winzig, dass Einstein selbst nicht daran glaubte, dass man sie jemals messen könnte. Seit über 50 Jahren suchten Physiker einen direkten Nachweis.

Dieser ist nun offensichtlich mit den beiden Ligo-Messtationen (Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium) in Livingston und Hanford im US-Bundesstaat Washington gelungen. «Wir haben die letzten vier Umläufe von zwei Schwarzen Löchern gesehen, bevor sie miteinander verschmolzen sind», berichtete der geschäftsführende Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover, Bruce Allen. Das Institut ist aktiv an der Suche beteiligt und hat Technologie zum Ligo-Observatorium beigetragen.

Zwei Wissenschaftler hätten das Signal aus den USA als erste bemerkt. Den Analysen zufolge hatten die beiden beobachteten Schwarzen Löcher 29 und 36 Mal so viel Masse wie unsere Sonne. Das aus ihrer Verschmelzung hervorgegangene Schwarze Loch besitzt jedoch nur 62 Sonnenmassen. Die Differenz von 3 Sonnenmassen ist gemäss Einsteins Masse-Energie-Äquivalenz in Form von Gravitationswellenenergie abgestrahlt worden.

Betonröhre vor einem Gebäude in der Wüste.

Bildlegende: Interferometer-Anlage bei Hanford (US-Staat Washington). Reuters

Kilometerlange Laserlineale

Ligo misst das Erzittern der Raumzeit mit Hilfe von zwei jeweils vier Kilometer langen auf einem flachen Boden liegenden Röhren, die rechtwinklig aufeinander stossen. Über ein Lasersystem in den Röhren lässt sich die Länge der Arme extrem genau überwachen. Läuft eine Gravitationswelle durch die Anlage, staucht und streckt sie die Röhren unterschiedlich stark. Die verschmelzenden Schwarzen Löcher stauchten die Anlage nur um ein Tausendstel der Dicke eines Wasserstoffatomkerns. Dennoch schlug der Detektor an.

Sendungsbeitrag zu diesem Artikel

  • Physiker messen erstmals Gravitationswellen im All

    Aus Tagesschau vom 11.2.2016

    Es ist eine Sensation in der Wissenschaft: Physiker haben erstmals Beweise für Gravitationswellen gefunden. Es ist der noch fehlende Beleg für Einsteins Relativitätstheorie, die er vor einem Jahrhundert aufgestellt hat.