Gravitationswellen erstmals direkt gemessen

Ein internationales Forscherteam konnte in einem Gravitationswellendetektor ein Signal nachweisen, das vermutlich von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern ausgeht. Die beiden 1,3 Milliarden Lichtjahre von uns entfernten Schwarzen Löcher mit 29 und 36 Sonnenmassen umkreisten sich in einem Doppelsystem, kamen sich dabei immer näher und verschmolzen schließlich miteinander. Bei dieser Fusion wurden sehr starke Gravitationswellen abgestrahlt – mit einer Energiemenge, die drei Sonnenmassen entspricht. Genau dieses Signal konnten die Forscher nun mit dem Advanced-LIGO-Detektor in den USA beobachten, wie sie im Fachblatt „Physical Review Letters“ berichten.

Ineinander verwirbelte Kreise in unterschiedlichen Schattierungen und in Form eines Strudels.
Simulierte Gravitationswellen

Der Detektor besteht aus zwei senkrecht zueinander verlaufenden Armen, durch die jeweils ein Laserstrahl läuft. Spiegel am Ende der beiden Röhren werfen das Licht wieder zurück, um die beiden Strahlen schließlich zu überlagern. Eine durchlaufende Gravitationswelle sollte einen Arm dieses Interferometers strecken, während sie den anderen staucht. Dadurch verlängern beziehungsweise verkürzen sich die von den Laserstrahlen durchlaufenen Strecken – und die beiden Lichtwellen schwingen nicht mehr im Takt, was sich nachweisen lässt.

Mithilfe von analytischen und numerischen Modellen berechnen Theoretiker, wie solche durch Gravitationswellen verursachten Signale aussehen müssten. Analytiker vergleichen diese Simulationen dann mit den real gemessenen Daten. Im September 2015 zeichneten die Gravitationswellendetektoren der Advanced-LIGO-Anlage an den beiden US-amerikanischen Standorten Livingston und Hanford dann tatsächlich ein verdächtiges Signal auf.

Aufnahme von oben zeigt eine karge Landschaft, in der zwei Röhren von einer Anlage abgehen.
Advanced-LIGO-Detektor

„Wir haben Jahre daran gearbeitet, die Gravitationswellenstrahlung von einem der extremsten Ereignisse im Universum zu modellieren: verschmelzenden Schwarzen Löchern. Es ist wunderbar, wie genau das gemessene Signal mit unseren Berechnungen übereinstimmt!“, sagt Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam. Die vergangenen Monate haben die Wissenschaftler überprüft, ob das Signal echt ist – oder von Störquellen stammt. Nun ist man sich sicher, dass das Signal wirklich von den Gravitationswellen verschmelzender Schwarzer Löcher kommt.

„Sowohl die Entdeckung von Gravitationswellen als auch von Schwarzen Löchern ist nobelpreisverdächtig und wir haben beides auf einmal gezeigt“, sagt Bruce Allen, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover, im Interview mit Welt der Physik, „wir werden im nächsten LIGO-Beobachtungslauf, der im September 2016 startet, die Massen von Schwarzen Löchern im Universum messen. Das ist eine Information, die wir auf anderem Weg nicht bekommen, weil Schwarze Löcher eben nichts von sich preisgeben – außer durch Gravitationswellen.“ Von den nun möglichen Messungen erhoffen sich die Wissenschaftler einen völlig neuen Zugang zum Universum.