Neue Gravitationswellen: Zugang zum Kosmos

Bereits 1916 hatte der Physiker Albert Einstein die Überlegung in den Raum gestellt, dass bewegte Massen die Raumzeit ins Schwingen versetzen müssten. Diese Raumzeit ist eine Kombination aus dem Raum um uns herum, in dem alle Dinge und wir selbst existieren, und der Zeit. Man kann sie sich vorstellen wie ein Trampolin, das sich dehnt und verformt, wenn sich eine Masse - also zum Beispiel eine Person - darauf bewegt.

Es handelt sich also nicht um Wellen im Raum (wie Wasserwellen) sondern Schwingungen der Raumzeit selbst. Im Alltag bekommen wir davon selbstverständlich nichts mit, dafür sind diese Dehnungen viel zu klein. Nun hat ein internationales Team von Wissenschaftlern aber tatsächlich das gravitative Echo kollidierender gigantisch Schwarzer Löcher nachweisen können.

Forschende erhoffen sich daraus vor allem Antworten über die Frühzeit des Universums. Die gängigen Theorien zur Entstehung und Entwicklung des Universums wie die Urknall-Theorie könnten so weiter überprüft werden. Auch etwa, ob es einen "Big Bounce" gab, also einen Kollaps eines Vorgänger-Universums vor unserem Urknall.

Laut gängiger Theorien ist das gesamte Weltall von einer Art gravitativem Hintergrundrauschen durchzogen. Dieses wird von gewaltigen Ereignissen ausgelöst, etwa wenn zwei gigantische Schwarze Löcher - die Objekte mit der größten Gravitationskraft im ganzen Universum - verschmelzen. So etwas führt zu den größten Gravitationswellen des Kosmos: Eine einzige Welle erstreckt sich über mehrere Lichtjahre.

Auf der Erde allein sind diese Wellen nicht zu messen, denn sie ist zu klein. Das große Problem: Für die Messung dieser extrem langen Gravitationswellen braucht es einen Detektor von etwa der Größe der halben Milchstraße, etwa 40 Millionen Mal größer als unser Sonnensystem.

Die kurze Antwort lautet: gar nicht. Glücklicherweise gibt es aber Objekte im Universum, die uns hier behilflich sein können: die Pulsare. Pulsare sind so etwas wie die Leuchttürme der Galaxie. Es handelt sich um die Überbleibsel von sehr großen Sternen, die sich rasend schnell um sich selbst drehen. Von bestimmten Stellen ihrer Oberfläche aus senden sie starke gebündelte Radiostrahlung.

Durch die Rotation sieht man diese Strahlung von der Erde aus immer wieder aufblitzen. Dabei dauert eine Umdrehung auf den Bruchteil einer Sekunde genau immer gleich lang. Pulsare sind also immer "pünktlich" - außer irgendetwas stört.

Zum Beispiel eine Gravitationswelle. Diese verkürzt oder verlängert durch die Dehnung der Raumzeit die Strecke zwischen der Erde und dem Pulsar. Das Signal des Pulsars kommt also minimal zu früh oder zu spät, während die Gravitationswelle durch diesen Bereich des Alls läuft.

Und genau das ist nun gelungen: Über 15 Jahre hinweg beobachtete ein Team von Forschenden aus Europa, Indien und Japan 67 über die Milchstraße verteilte Pulsare. Die Ergebnisse zeigen, dass der gesamte Kosmos tatsächlich vom "Summen" dieser enorm langen Gravitationswellen durchzogen ist.

Die beteiligten Forschenden gehen davon aus, dass die detektierten Signale von einer größeren Anzahl Supermassereicher-Schwarzer-Loch-Duos stammen, die sich umkreisen. Tatsächlich ist das Gesamtsignal noch stärker als erwartet. Forschende glauben, dass eventuell noch andere Ereignisse eine Rolle spielen. Welche das sein könnten, ist noch unklar.