Erstmals Gravitationswellen zweifelsfrei nachgewiesen

  • 11. February 2016

Messungen bestätigen die Allgemeine Relativitätstheorie und öffnen ein neues Beobachtungsfenster ins Universum.

Das monatelange Rätseln über die vermeintliche Entdeckung von Gravitationswellen hat ein Ende. Mit den zwei Laser-Interferometern Advanced LIGO haben Forscher zweifelsfrei zum ersten Mal eine Gravitationswelle gemessen, wie die LIGO-Kollaboration soeben mitteilte. Am 14. September um 10.51 Uhr MEZ registrierten die beiden Interferometer, die 3000 Kilometer voneinander entfernt in Livingston, Louisiana, und Hanford, Washington, arbeiten, dasselbe Signal. Ein technischer Fehler ist damit so gut wie ausgeschlossen. Die Forscher der LIGO-Kollaboration waren von der Deutlichkeit des Messsignals so überrascht, dass sie es erst gar nicht als echt ansahen. Möglich wurde diese Entdeckung auch durch Entwicklungen von Forschern der Universität Hannover und dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Golm (Albert-Einstein-Institut, AEI) in Kooperation mit der Universität Glasgow.

Das nur etwa eine Zehntelsekunde kurze Signal war so stark, dass sich in ihm deutlich die Signatur eines kosmischen Ereignisses wiederfindet, das Theoretiker mit Computersimulationen berechnet haben. Demnach stammt es von zwei 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernten Schwarzen Löchern, die Materie mit jeweils 29 beziehungsweise 36 Sonnenmassen beinhalteten. Sie kollidierten und verschmolzen miteinander, wobei Materie mit insgesamt drei Sonnenmassen komplett in Energie umgewandelt und in Form der Gravitationswellen abgegeben wurde. Damit strahlten diese beiden Schwergewichte in der kurzen Zeitspanne von einer Zehntelsekunde mehr Energie ab als alle Sterne im Universum zusammen.

„Es ist fast zu schön, um wahr zu sein“, schwärmt Karsten Danzmann, Leiter des Gravitationswellendetektors Geo600 in Ruthe bei Hannover, der mit seinem Team der LIGO-Kollaboration angehört. Die Hannoveraner Forscher haben für die Advanced-LIGO-Antennen unter anderem das weltweit stabilste Lasersystem sowie eine neue Aufhängung für die Interferometerspiegel entwickelt. Dadurch erhöhte sich die Reichweite um das Dreifache und damit die Anzahl der beobachtbaren Galaxien etwa um das Dreißigfache. Das brachte den Durchbruch.

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Abb. Computersimulation von Gravitationswellen, die beim Verschmelzungsvorgang von zwei Schwarzen Löchern emittiert werden und sich mit Lichtgeschwindigkeit im Universum ausbreiten (Copyright: Simulation: S. Ossokine, A. Buonanno (AEI), wiss. Visualisierung: W. Benger, Airborne Hydro Mapping GmbH).

Mit dieser Beobachtung ist das Phänomen der Gravitationswellen hundert Jahre, nachdem Albert Einstein darauf stieß, endlich auf direkte Weise nachgewiesen. Diese Entdeckung öffnet ein völlig neues Beobachtungsfenster ins Universum. Der Geschäftsführende Direktor des AEI, Bruce Allen, schätzt, dass in der nächsten Beobachtungsperiode mit Advanced LIGO, die im September beginnt, alle drei bis vier Tage Ereignisse dieser Art beobachtbar sein könnten. Das wäre der Beginn der Gravitationswellen-Astronomie.

Nach der Entdeckung des Higgs-Teilchens ist dies der zweite fundamentale physikalische Durchbruch in diesem Jahrzehnt. Auch er dürfte nobelpreiswürdig sein.

Thomas Bührke

Ein Interview, das Physik in unserer Zeit vor wenigen Jahren mit Karsten Danzmann geführt hat, können Sie hier frei downloaden.

Weitere aktuelle und Hintergrundinformationen bietet auch die Max-Planck-Gesellschaft.

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