Suche nach Gravitationswellen fehlgeschlagen

Vor hundert Jahren sagte Albert Einstein die Existenz von Gravitationswellen voraus. Nun ging die bislang empfindlichste Suche nach einem durch supermassereiche Schwarze Löcher verursachten Hintergrund dieser periodischen Schwankungen der Raumzeit leer aus: Elf Jahre lang hat ein internationales Forscherteam die Ankunftszeit der von schnell rotierenden Neutronensternen abgestrahlten Radiopulse mit einer Genauigkeit von einer Zehnmilliardstel Sekunde untersucht. Doch wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“ berichten, blieben die erwarteten Abweichungen durch den Gravitationswellenhintergrund aus.

Zwei dunkle Objekte, umgeben von einem schematisch dargestellten mehrpoligen Feld.
Kollidierende Schwarze Löcher

„Im Hinblick auf Gravitationswellen herrscht unerwartete Ruhe an der kosmischen Front“, sagt Ryan Shannon von der Australia Telescope National Facility, „doch auch das liefert uns neue Erkenntnisse über die Entwicklung von Galaxien und Schwarzen Löchern.“ Nach den Vorstellungen der Kosmologen entstehen große Galaxien sukzessive durch die Verschmelzung kleinerer Sternsysteme. Da nach heutigen Kenntnissen nahezu jede Galaxie in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch beherbergt, nähern sich bei einer solchen Verschmelzung diese auf einer Spiralbahn aneinander an und kollidieren schließlich miteinander.

Bei diesem Prozess sollten sie, so die Vorhersage von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, Gravitationswellen aussenden. Deshalb sollte der Kosmos von einem Hintergrund an Gravitationswellen erfüllt sein – und nach diesem Hintergrund haben Shannon und seine Kollegen mit dem Parkes-Radioteleskop in Australien gesucht. Die schnell rotierenden Neutronensterne – sogenannte Pulsare – senden extrem regelmäßige Strahlungspulse aus und eignen sich daher als präzise kosmische Uhren. Doch die Forscher konnten in den Daten keine Schwankungen feststellen. Mit einer Wahrscheinlichkeit von bis zu 99,7 Prozent, so die Forscher, existieren die vom Modell vorhergesagten Gravitationswellen nicht.

Ist also die Relativitätstheorie falsch? Zwar erwähnen Shannon und seine Kollegen die Möglichkeit „exotischer Gründe“ für die Nichtentdeckung wie beispielsweise alternative Gravitationstheorien. Weitaus wahrscheinlicher jedoch ist ihrer Ansicht nach, dass die Modelle für die Entwicklung der Galaxien und Schwarzen Löcher korrigiert werden müssen – entweder es kommt aus bislang unbekannten Gründen nicht zu der Kollision supermassereicher Schwarzer Löcher, oder dieser Prozess läuft sehr viel schneller ab als angenommen. In beiden Fällen wäre der Gravitationswellenhintergrund schwächer als bislang angenommen. Deshalb geben die Astronomen nicht auf und setzen ihre Suche fort. „Mit einer wachsenden Zahl von Pulsaren und einem längeren Beobachtungszeitraum“, so die Forscher, „können wir künftig immer engere Grenzen für die Entwicklungsmodelle supermassereicher Schwarzer Löcher ziehen.“