Astronomie

Wie entstehen die Gravitationswellen?

Einsteins Berechnungen aus dem Jahr 1915 sahen das Auftreten von Gravitationswellen voraus. Diese Wellen wurden Ende 2015 direkt nachgewiesen.

Wir alle sind mit Wellen vertraut. Wenn man zum Beispiel einen Stein in einen stillen Teich fallen lässt, entstehen Wellen.

Einstein zeigte in seiner Relativitätstheorie, dass Raum und Zeit nicht unabhängig voneinander sind, sondern eine Einheit bilden, die als Raumzeit bezeichnet wird.

Wenn wir uns diese beiden Variablen als eine zweidimensionale, flache, elastische Membran vorstellen, können wir annehmen, dass sich die Raumzeit bei Vorhandensein von Masse wie eine gewöhnliche Membran unter dem Gewicht einer Billardkugel „verformt“.

Jeder andere Gegenstand mit Masse bemerkt diese Verformung und wird dazu gebracht, sich auf anderen Bahnen zu bewegen, als wenn die Membran nicht verformt wäre. Die Schwerkraft ist der Effekt oder das Ergebnis dieser gekrümmten Raum-Zeit-Geometrie, und so erklärt die Relativitätstheorie die berühmte universelle Gravitation von Newton.

Wie entstehen Gravitationswellen??

Beschleunigte große Massen verursachen Wellen im Gefüge der Raumzeit, die sich als Wellen durch den Kosmos bewegen. Dies sind die Gravitationswellen, die Einstein vorausgesehen hat und die nun endlich entdeckt wurden.

Nur außergewöhnliche Ereignisse in massereichen kosmischen Objekten wie Neutronensternen, Gammastrahlenausbrüchen oder schwarzen Löchern können Wellen mit ausreichender Energie erzeugen, um nachgewiesen zu werden; so intensive Ereignisse wie eine große Supernova-Explosion oder die Verschmelzung zweier schwarzer Löcher zum Beispiel.

Gravitationswellen komprimieren die Raumzeit in einer Richtung und dehnen sie in der anderen, und sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit. Nichts kann sie aufhalten oder spiegeln. Im Gegensatz zu Licht und anderen elektromagnetischen Wellen spielt es daher kaum eine Rolle, wie viele Dinge sich auf ihrem Weg befinden, bevor sie die Erde erreichen.

Warum sind sie so wichtig? Einige kosmische Ereignisse lassen sich nur sehr schwer aus erster Hand beobachten. Man denke zum Beispiel an die Beobachtung von schwarzen Löchern, die kein Licht erzeugen.

Sie können jedoch Gravitationswellen erzeugen, wenn zwei von ihnen aufeinandertreffen und sich verbinden. Genau das geschah, als die Gravitationswellen zum ersten Mal entdeckt wurden.

Sie können sogar erklären, was in der ersten Sekunde des Kosmos, unmittelbar nach dem Urknall, geschah. Es wird angenommen, dass diese Entdeckung zum Verständnis einiger der großen Unbekannten in der Physik und Astronomie beitragen kann.

Wie werden Gravitationswellen nachgewiesen?

Im Jahr 2015 bestand das hochentwickelte laserinterferometrische Gravitationswellenobservatorium LIGO aus zwei Detektoren, die 3.000 Kilometer voneinander entfernt in Washington und Louisiana aufgestellt waren. Jeder Detektor bestand aus zwei vier Kilometer langen Laserstrahlen, die im rechten Winkel zueinander angeordnet waren.

Wenn sich eine Gravitationswelle entwickelt, wird einer dieser Lichtstrahlen länger und der andere kürzer. LIGO kann Veränderungen erkennen, die nur ein Zehntel des Durchmessers eines Atomkerns betragen.

Am 14. September empfingen beide Detektoren gleichzeitig das erste Signal. Es entstand durch die Verschmelzung zweier schwarzer Löcher, die 1,3 Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt sind und die 29- bzw. 36-fache Masse der Sonne haben. Die beiden Löcher verschmolzen zu einem einzigen und setzten dabei eine Energie frei, die drei Sonnenmassen an Gravitationswellen entspricht.

Als diese Wellen 1,3 Milliarden Jahre später bei uns ankamen, verursachten sie eine sehr kleine Störung der Raumzeit, die für jedermann unbemerkt blieb, aber für die extrem hohe Empfindlichkeit von LIGO ausreichte.

Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne erhielten den Nobelpreis für Physik 2017 für ihre Arbeit am Gravitationswellendetektor LIGO. Die Jury ehrte sie für eine weltverändernde Entdeckung.

Der Prinzessin-von-Asturien-Preis wurde auch drei amerikanischen Physikern für ihre entscheidende Arbeit bei der Entdeckung dieses Phänomens mit dem Laser Interferometer Gravitationswellen-Observatorium verliehen.

Mehr anzeigen

Ähnliche Artikel

Schaltfläche "Zurück zum Anfang"