Der Kosmos schwingt im Takt explodierender Sterne und verschmelzender Schwarzer Löcher: Zum zweiten Mal haben Forscher jetzt das Gravitationswellen-Echo eines solchen Ereignisses aufgefangen. Mit dem hochempfindlichen Ligo-Observatorium in den USA beobachteten sie die Gravitationswellen zweier Schwarzer Löcher, die in rund 1,4 Milliarden Lichtjahren Entfernung von der Erde miteinander kollidierten.
Die Wissenschaftler stellten ihre Messungen anlässlich der Jahrestagung der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft in San Diego vor und berichten in einer der kommenden Ausgaben des Fachblatts «Physical Review Letters» darüber.
Ligo war auch der weltweit erste Nachweis von Gravitationswellen gelungen, der im Februar dieses Jahres als wissenschaftlicher Durchbruch gefeiert wurde.
«Mit dieser zweiten Beobachtung sind wir wirklich auf dem Weg zur echten Gravitationswellen-Astronomie», betonte der an Ligo beteiligte deutsche Gravitationswellen-Pionier Prof. Karsten Danzmann, Direktor am Albert-Einstein-Institut (AEI) der Max-Planck-Gesellschaft in Hannover. «Wir können nun anfangen, eine Vielzahl von Quellen auf der unbekannten dunklen Seite des Universums zu erforschen», unterstrich Danzmann, der auch das Institut für Gravitationsphysik der Leibniz-Universität Hannover leitet.
Gravitationswellen kann man nicht mit den Augen sehen, auch ihre Quellen senden oft kein Licht aus. Sie sind eine der spektakulärsten Vorhersagen von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie und entstehen stets, wenn Massen beschleunigt werden. Gravitationswellen bringen die Raumzeit selbst zum Schwingen. Sie sind umso stärker, je größer die beschleunigte Masse ist.
Allerdings sind die Wellen auch bei extrem großen Massen immer noch so klein, dass sie erst hundert Jahre nach Einsteins Vorhersage mit empfindlichen modernen Instrumenten nachgewiesen werden konnten.
Ligo, das «Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium», besteht aus zwei Anlagen in den USA. Beide haben zwei jeweils vier Kilometer langen Röhren, die rechtwinklig auf dem Boden liegen. Über ein Lasersystem lässt sich die Länge dieser beiden Arme extrem genau überwachen. Läuft eine Gravitationswelle durch die Anlage, staucht und streckt sie die Arme unterschiedlich stark.
So hatten die Forscher die ersten Gravitationswellen am 14. September 2015 registriert, deren Nachweis nach gründlichen Analysen im Februar der Weltöffentlichkeit präsentiert worden war. Sie stammten ebenfalls von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern.
Schon am 26. Dezember 2015 schlug das Observatorium erneut an: Zwei Schwarze Löcher mit 14 und 8 Mal so viel Masse wie unsere Sonne kreiselten immer enger umeinander und verschmolzen schließlich zu einem einzigen Schwarzen Loch mit 21 Sonnenmassen - die Masse einer ganzen Sonne wurde bei diesem Ereignis in Form von Gravitationswellen-Energie ins All ausgestrahlt. Die Analyse dieses Ereignisses, das nach dem Datum die Katalognummer GW151226 bekam, stellten die Forscher jetzt vor.
Im Gegensatz zum ersten Nachweis konnten die Forscher diesmal nicht nur die letzten vier Umrundungen der verschmelzenden Schwarzen Löcher beobachten, sondern zuschauen, wie beide sich 27 Mal umkreisten, bevor sie sich vereinigten. «Wegen ihrer gegenüber der ersten Beobachtung geringeren Masse verbrachten sie mehr Zeit im empfindlichen Bereich der Detektoren, etwa eine Sekunde», ergänzte die wissenschaftliche Ligo-Sprecherin Prof. Gabriela González von der Louisiana State University. «Es ist ein vielversprechender Anfang, um die Populationen Schwarzer Löcher in unserem Universum zu kartieren.»
Im nächsten Jahr soll der italienisch-französische Virgo-Detektor die beiden Ligo-Antennen ergänzen. Damit soll sich die Position der Gravitationswellen-Quellen am Himmel erstmals über eine Methode der optischen Abstandsmessung - die Triangulation - bestimmen lassen, so dass eine genauere Ortsbestimmung möglich wird. «Ich bin absolut zuversichtlich, dass wir in den nächsten paar Jahren Dutzende ähnliche Verschmelzungen Schwarzer Löcher beobachten und viel über das Universum erfahren werden», betonte der Geschäftsführende AEI-Direktor, Prof. Bruce Allen. (DPA)