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Einstein ist bestätigt: Forscher finden Gravitationswellen

11.02.2016 | 16:39 Uhr
Einstein ist bestätigt: Forscher finden Gravitationswellen
Eine Supernova-Explosionswolke aufgenommen vom „Hubble“-Weltraumteleskop: Wenn Sterne explodieren, führt das zu Schwingungen im All, stellte Einstein fest. Diese Gravitationswellen sollen nun nachgewiesen worden sein. Foto: dpa

Washington .  Es gibt sie, hatte Albert Einstein über Gravitationswellen gesagt. Nur messen werde man sie wohl nie können. Im zweiten Punkt irrte er.

An amerikanischen Observatorien sind nach Angaben von Wissenschaftlern erstmals Gravitationswellen nachgewiesen worden. Damit ist eine 100 Jahre alte Vorhersage von Albert Einstein bestätigt. Die Astrophysiker vom Ligo-Observatorium in den USA präsentierten ihre Entdeckung in Washington. Auch deutsche Forscher waren an der Arbeit beteiligt. Die Pressekonferenz in Washington wird auch live übertragen.

Was Gravitationswellen sind: Das Universum schwingt im Takt explodierender Sonnen, die Schwingungen heißen Gravitationswellen. Um das zu erklären, nutzen Wissenschaftler den Vergleich der Raumzeit mit einem Gummituch. Legt man einen Stern darauf, wird das Tuch ausgebeult, der Raum wird gekrümmt. Die Sonne krümmt den Raum deutlich, die Erde dreht sich am oberen Rand der Sonnendelle – und schafft selbst eine Delle. Um die Erde dreht sich dann noch eine kleine Delle – der Mond. Und zusammen liegen sie wiederum in einer noch viel größeren Krümmung, der Milchstraße. Die Gravitationswellen kommen erst ins Spiel, wenn sich am Zustand eines Sternes etwas ändert. Wenn auf dem „Gummituch“ ein Stern explodiert, schwingt das Tuch. Es gibt Wellen, vergleichbar mit Wellen, wenn ein Stein ins Wasser geworfen wird. Allerdings breiten sie sich in Lichtgeschwindigkeit aus. Das ist die Theorie. Die Max-Planck-Gesellschaft macht das auch in einem Video anschaulich.

Wie die Entdeckung erwartet wurde: Bereits vor einigen Wochen kamen Gerüchte auf, dass der Nachweis gelungen sei. Der Physiker und Bestsellerautor Lawrence M. Krauss hatte das zuerst im September angedeutet und mehrfach nachgelegt.

Als die Spekulation immer größere Wellen schlug, stellte er klar, es sei ein Gerücht.

Die E-Mail eines Physik-Professors, da sei der Nobelpreis in Sicht, schien aber eine weitere Bestätigung:

Die Ligo-Wissenschaftler, die es wissen können, hatten dazu jeweils nichts sagen wollen. Nach deren Ankündigung der Pressekonferenz hatte Kraus am Dienstag geschrieben, es seien nur noch zwei Tage, ehe vielleicht eine neue Ära in Astronomie und Physik beginne.

Wieso die Wissenschaftler vorsichtig waren: Schon einmal hatten Forscher verkündet, die Gravitationswellen gemessen zu haben. Doch die Kollegen vom Südpol-Observatorium Bicep2 hatten in der Suche in kosmischer Hintergrundstrahlung den Einfluss von Staub im All nicht ausreichend berücksichtigt. Was sie als Bestätigung gemeldet hatten, galt dann nicht mehr als zweifelsfreier Nachweis. Die Wissenschaftler standen in der Fachwelt als blamiert da.

Wie der Nachweis erfolgte: Die große Schwierigkeit bei dem Nachweis ist, dass die Schwingungen trotz vier Kilometer langer Versuchseinrichtung Unterschiede erzeugen, die mehrere hundert mal kleiner sind als ein Atomkern. Albert Einstein war deshalb vor gut 100 Jahren auch der Auffassung, dass es nicht möglich ist, Gravitationswellen zu messen.

Das Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium, in dem der Nachweis an zwei Standorten erfolgte, arbeitet seit 2002. Im September 2015 ging es aufgerüstet als „advanced Ligo“ (weiterentwickeltes Ligo) mit deutlich verbesserter Empfindlichkeit wieder in Betrieb. In Louisiana und Washington verlaufen jeweils zwei vier Kilometer lange Röhren im rechten Winkel. Wo sie aufeinander treffen, wird ein Laserstrahl geteilt und auf Spiegel am Ende geworfen. Die zurückgeworfenen Strahlen überlagern sich – es sei denn, die Arme werden gestaucht oder gestreckt, wie es bei einer Gravitationswelle der Fall ist. Am 14. September 2015 war das der Fall.

Die beiden Arme wurden um maximal zwei Attometer gestaucht und gestreckt, „das ist rund 1000 Mal weniger als der Durchmesser des Wasserstoffatomkerns“, berichtet Bruce Allen, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover, wo dieses Signal zuerst bemerkt worden war. In den USA war gerade Nacht.

Die Wissenschaftler haben das auch als Ton festgehalten und präsentierten das „Chirp“ aus dem All:

„Die Gravitationswellen stammen von der Kollision zweier Schwarzer Löcher“, sagte Gabriela González vom Ligo. Der Paukenschlag 1,3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt rockt mit Lichtgeschwindigkeit die Raumzeit.

Welchen Stellenwert das hat: Bereits der indirekte Nachweis der Gravitationswellen hatte 1993 zwei US-Astronomen den Nobelpreis für Physik eingebracht. Joseph Taylor und Russell Alan Hulse hatten die langsam abnehmende Umlaufzeit zweier sich umkreisender Neutronensterne untersucht. Sie ließ sich nur mit dem Energieverlust durch Gravitationswellen genau erklären. Renommierte Wissenschaftler hatten vor der Pressekonferenz erklärt, eine Entdeckung dort werde erneut den Nobelpreis bedeuten.

Wozu die Erkenntnis nutzen kann: Mit Sensoren für Gravitationswellen bekommt die Forschung noch eine weitere Möglichkeit, neben Licht und Strahlung das All zu durchforsten. Schwarze Löcher etwa verursachen Gravitationswellen, senden aber kein Licht und keine Strahlung ab. Auch bei der Suche nach dem Urknall bekommt die Wissenschaft über Gravitationswellen ganz neue Möglichkeiten. „Es ist der Anfang dessen, was manche als Gravitationswellenastronomie bezeichnen“, erläutert einer der Gründungsväter des Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatoriums (Ligo), Prof. Rainer Weiss vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston.

Lars Wienand

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2016-02-11 16:39
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