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Gravitationswellen-Theorie von Albert Einstein: So funktioniert der Ligo-Detektor

Foto: Michael Hanschke/ picture-alliance/ dpa/dpaweb

Gravitationswellen Sensation! Wird Einsteins Theorie heute bestätigt?

Von mm-newsdesk

Im Internet häufen sich Gerüchte über eine astronomische Sensation. US-Forscher könnten die vor 100 Jahren von Albert Einstein vorhergesagten Gravitationswellen direkt nachgewiesen haben. Die Entdeckung wäre mit großer Sicherheit einen Nobelpreis wert: Denn sie würde nicht nur Einsteins Vorhersage bestätigen, sondern auch ein neues Beobachtungsfenster ins Universum öffnen.

Gravitationswellen entstehen, wenn Massen beschleunigt werden - zum Beispiel bei der Explosion von Sternen am Ende ihrer Lebenszeit. Die Gravitationswellen stauchen und strecken den Raum, ähnlich wie die Wellen eines ins Wasser geworfenen Steins.

Für den späten Donnerstagnachmittag (16.30 Uhr) haben die Astrophysiker vom Ligo-Observatorium in den USA nun eine Pressekonferenz angekündigt - so auch viele Forscher in anderen Städten, darunter Hannover. Auf diese blicken Physiker in aller Welt schon seit Tagen.

Gravitationswellen gehören zu den spektakulärsten Vorhersagen von Albert Einstein. Jeder beschleunigte Körper sendet der Theorie zufolge diese Gravitationswellen aus, die umso stärker sind, je mehr Masse der Körper hat. Allerdings sind sie in der Regel so winzig, dass Einstein selbst nicht daran glaubte, dass man sie jemals messen könnte. Seit über 50 Jahren versuchen sich Physiker dennoch an einem direkten Nachweis. Alle vermeintlichen Erfolgsmeldungen entpuppten sich bislang allerdings als nicht haltbar.

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Dennoch gibt es kaum Zweifel an der Existenz der Gravitationswellen: 1974 hatten die beiden US-Astronomen Russell Alan Hulse und Joseph Taylor ein Doppelsystem aus zwei besonderen Neutronensternen entdeckt, die sich eng umkreisen. Ihre Umlaufzeit nimmt langsam ab, was sich exakt mit dem Energieverlust durch Gravitationswellen erklären lässt. Für diesen - indirekten - Nachweis bekamen die beiden Wissenschaftler 1993 den Physik-Nobelpreis.

Möglicher Gravitationswellen-Nachweis am Ligo-Detektor

Bereits im Januar verbreitete ein US-amerikanischer Physiker Gerüchte darüber, dass eines der empfindlichsten Instrumente der Welt tatsächlich Gravitationswellen nachgewiesen haben könnte. Lawrence Krauss von der Arizona State University in Tempe schrieb schon im vergangenen September im Kurznachrichtendienst Twitter von "Gerüchten über einen Gravitationswellen-Nachweis am Ligo-Detektor", dem "Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium" in den USA.

Im Januar legte Krauss nach: "Mein früheres Gerücht über Ligo ist von unabhängigen Quellen bestätigt worden. Bleiben Sie dran! Gravitationswellen sind möglicherweise entdeckt worden!! Aufregend." Krauss ist jedoch nicht an Ligo beteiligt und hat nach eigenen Worten auch mit keinem der etwa 900 Ligo-Forscher selbst gesprochen, wie er dem US-Fachjournal "Science" verriet.

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Doch nicht nur die Ligo-Forscher, sondern zahlreiche andere Physiker suchen nach Beweisen für Gravitationswellen. Im Dezember startete die Europäische Weltraumorganisation Esa ein Mega-Projekt zum Erforschen der Gravitationswellen im All. Der Satellit "Lisa Pathfinder" soll neue Technik für ein in etwa 20 Jahren geplantes großes Weltraumobservatorium testen, mit der diese Wellen künftig aufgespürt werden könnten. "Die Grundlagenforschung dient dem besseren Verständnis der Welt, in der wir leben", meinte Esa-Generaldirektor Johann-Dietrich Wörner damals.

Das Gravitationswellen-Observatorium

Ligo ist ein Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium, das in den USA für den Nachweis von Gravitationswellen gebaut worden ist. Der Detektor besteht aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Armen, die jeweils vier Kilometer lang am Boden verlaufen und schnurgerade sind. Im Inneren laufen Laserstrahlen, mit denen sich eine Änderung der Armlängen zueinander extrem genau messen lässt.

Treffen Gravitationswellen diese Anlage, stauchen und strecken sie die Arme unterschiedlich um winzige Beträge. Das Lasersystem soll dabei noch Längenänderungen erfassen, die rund zehntausend Mal kleiner sind als ein Wasserstoffatomkern.

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Das Ligo-Konsortium betreibt zwei nahezu identischen Detektoren in Hanford (US-Staat Washington) und 3000 Kilometer davon entfernt in Livingston (Louisiana). Erstmals ging das Observatorium 2002 auf Suche, zunächst erfolglos. Von 2010 an wurden die Detektoren dann aufgerüstet, unter anderem mit Technik, die im Rahmen des deutschen Experiments GEO600 bei Hannover entwickelt worden ist. Seit September 2015 hat dieses "advanced Ligo" (weiterentwickeltes Ligo) eine deutlich verbesserte Empfindlichkeit.

ts/dpa-afx