Lade Login-Box.
E-Paper
Abo & Service Immo Stellen Trauer

Wo bleiben die Gravitationswellen?

Die Gravitation hält alles zusammen und wirkt überall. Es ist wie im Gewässer eines Sees, der still ruht. Wird er aber durch eine innere oder äußere Kraft bewegt, kommt es zum Wellenschlag. Ähnlich ist es im Weltraum: Hier werden Gravitationswellen freigesetzt. Nur gemessen werden konnten sie bisher nicht. Das soll sich in naher Zukunft ändern.
Zwei Neutronensterne, die extrem schnell umeinander laufen oder sogar zusammenstoßen, produzieren Gravitationswellen.	FOTO: NASA Foto: Chandra X-ray Observatory Center (Chandra X-ray Observatory) Zwei Neutronensterne, die extrem schnell umeinander laufen oder sogar zusammenstoßen, produzieren Gravitationswellen. FOTO: NASA

Ein stiller See ist zwar romantisch, aber eigentlich ziemlich langweilig. Er wird erst interessant, wenn seine Wasser durch Wellen aufgewühlt sind, gegen das Ufer schlagen und auf ihm schwimmende Boote in heftige Schaukelbewegung versetzen, vielleicht sogar zum Kentern bringen.

Genauso ist es mit der allumfassenden und überall wirkenden Kraft der Gravitation: Erst ihre Fortpflanzung durch Wellen lässt sie zum Forschungsobjekt spezieller Institute werden wie dem Albert-Einstein-Institut (MPI für Gravitationsphysik) Hannover, das Professor Karsten Danzmann leitet. Aber: Wie weist man ihre Wellen nach, und welche Möglichkeiten ergeben sich beispielsweise für die Astronomie? Lässt sich so etwas wie Gravitationswellenastronomie betreiben?

„Grundsätzlich ja“, sagt Danzmann, „denn jeder Körper hat eine Masse und auch Energie gespeichert. Wenn er sich bewegt, sendet er Gravitationswellen aus. Allerdings mit einer Einschränkung: Die Bewegung muss ungleich, also asymmetrisch sein.“ So führt ein Autofahrer, der auf der Autobahn dahinjagt, Masse und gespeicherte Energie in Form der Gravitation mit sich. „Solange er mit konstanter Geschwindigkeit fährt, passiert gar nichts. Muss er aber bremsen oder gerät in eine Kurve oder sogar ins Schleudern, dann wird die gespeicherte Gravitation in Form von Wellen frei.“

Allerdings sind die Beträge so winzig, dass es unmöglich ist, sie zu messen. Anders sieht es dagegen im Weltraum aus. Hier gibt es große Massen in Form der Planeten, der Sonne, der zahlreichen Doppel- oder Mehrfachsterne und nicht zuletzt der Schwarzen Löcher.

An ihrem Ort beulen sie den Raum aus wie eine Metallkugel ein Gummituch und schaffen dadurch sogenannte Gravitationstrichter. „Wenn sie sich nun bewegen – und nichts im All ist in Ruhe – quetschen und dehnen sie den Raum. Sie erzeugen Störungen, Erschütterungen des Gravitationsfeldes, also Wellen, die sich lichtschnell fortpflanzen“, erklärt der Fachmann.

So beult unsere Erde bei ihrem Sonnenumlauf den Raum aus und strahlt Gravitationswellen mit einer Leistung von 200 Watt ab. Allerdings sind auch diese Wellen noch zu schwach, um sie mit einem Detektor aufzuspüren.

Würdig für


den Nobelpreis

Glücklicherweise gibt es im Universum viel heftigere Erschütterungen, beispielsweise wenn zwei Neutronensterne oder Schwarze Löcher extrem schnell umeinander laufen oder gar miteinander kollidieren. Oder wenn ein massereicher Stern als Supernova explodiert. Bei solchen kosmischen Ereignissen werden Gravitationswellen von rund 10 hoch 45 Watt erzeugt.

Die beiden amerikanischen Physiker Russell Hulse und Joseph Taylor konnten tatsächlich zeigen, wie die Umlaufzeit zweier Neutronensterne PSR1913+16 abnimmt, weil das Doppelsternsystem an Energie verliert und sie als Gravitationswellen aussendet. Für diesen Nachweis erhielten die beiden Forscher 1993 den Nobelpreis für Physik.

Aber wie können diese extrem schwachen Wellen nun erfasst werden? Um das durchzuführen, sind lange und hochsensible Geräte wie GEO600 nötig. Die Gravitationswellenmessanlage, wie sie Professor Danzmanns Institut betreibt, besteht aus zwei 600 Meter langen Tunneln, die im rechten Winkel angeordnet und mit Spiegeln ausgerüstet sind. „Durch sie lassen wir nun einen Laserstrahl laufen“, erklärt Danzmann. „Er wird zuerst von einem halbdurchlässigen Spiegel im Zentrum der Anlage aufgespalten, bevor er durch die beiden Arme zu deren normalen Spiegeln läuft. Dort werden die Lichtstrahlen reflektiert, um dann erneut durch den zentralen halbdurchlässigen Spiegel zu laufen. Der lenkt die Strahlen so um, dass sie sich überlagern, also interferieren. Stört nun eine Gravitationswelle das System, indem sie die Laufstrecken der aufgespaltenen Laserstrahlen ändert, haben wir sie nachgewiesen.“

Bisher jedoch haben die Detektoren auf der Welt noch nicht angeschlagen. Das liegt auch an dem Betrag, um den eine Gravitationswelle den Raum und damit den Abstand zwischen beiden Reflexionspunkten verändert. Er ist noch zu gering.

Deshalb wollen die Forscher größere Distanzen schaffen. Und die bietet der Weltraum mit seinen unendlichen Weiten. Sie können mit speziell für diese Messungen konstruierten Satelliten genutzt werden.

Ein riesiges


Dreieck

Ein solches Projekt trägt den Namen Lisa. Es sind drei baugleiche Satelliten, die einmal 50 Millionen Kilometer hinter der Erde her fliegen sollen und dabei ein Dreieck mit mehreren Millionen Kilometern Seitenlänge aufspannen. Dieses Weltraum-Laserinterferometer wird im Vergleich zu erdgebundenen Detektoren eine millionenfache Empfindlichkeit besitzen. Zuvor aber wird es noch eine sogenannte Pathfinder-Mission in Form eines einzelnen Satelliten geben. Er wird im Herbst dieses Jahres gestartet und soll zukünftige Technologien für den Lisa-Dreiersatelliten testen.

Wird Lisa-Pathfinder ein Erfolg, kann das Großprojekt in internationaler Zusammenarbeit in Angriff genommen werden, um dann endlich die immer noch verborgenen Gravitationswellen aufzuspüren. „Sterne, Gas- und Staubnebel, Galaxien, Pulsare, Supernovae gehören zur leuchtenden Materie, die nur einen geringen Prozentsatz ausmacht, während 99,6 Prozent dunkel sind, also keine elektromagnetischen Wellen wie Licht oder Radiostrahlung aussenden“, sagt Karsten Danzmann. „Mit den Gravitationswellen würden wir endlich die andere, dunkle Seite der Welt sehen.“

Zur Startseite Mehr aus Wissenschaft

BITTE BEACHTEN SIE: Unser Angebot dient lediglich Ihrer persönlichen Information. Kopieren und/oder Weitergabe sind nicht gestattet. Hier finden Sie Informationen zur Verwendung von Artikeln. Quellen: Mit Material von dpa, afp, kna, AP, SID und Reuters

Archiv ThemenMediadatenKontaktImpressumDatenschutzRSS

© 2016 Frankfurter Neue Presse