Ein neues Fenster ins Universum

Eine neue Ära der Astronomie Planet Wissen 18.09.2018 05:35 Min. Verfügbar bis 18.09.2023 WDR

Astronomie

Ein neues Fenster ins Universum

Bereits 1918 hat Albert Einstein sie vorhergesagt: Gravitationswellen. Aber Einstein war sich auch sicher, dass sie nie nachgewiesen werden können, weil ihr Einfluss auf die Materie einfach zu winzig ist. Doch nach knapp 100 Jahren gelingt Wissenschaftler das (fast) Unmögliche.

Trotz der pessimistische Prognose von Albert Einstein haben Forscher weltweit seit den 1960er Jahren versucht, Gravitationswellen nachzuweisen. Unter anderem am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover.

Seit 1990 ist auch der Physiker Karsten Danzmann dabei und inzwischen sogar als Direktor des Instituts. Mit dem Interferometer Geo600 sucht er nach Gravitationswellen. Im Herbst 2015 hatten die Wissenschaftler dann endlich Erfolg. Und seither gehen ihnen regelmäßig Gravitationswellen ins Netz.

Karsten Danzmann vor einer Visualisierung von Gravitationswellen

Karsten Danzmann vor einer Visualisierung von Gravitationswellen

Planet Wissen: Herr Danzmann, Sie haben viele Jahrzehnte nach Gravitationswellen gesucht. Lange ohne Erfolg. Haben Sie in dieser langen Zeit nie die Hoffnung verloren?

Karsten Danzmann: Daran gezweifelt, dass wir sie (die Gravitationswellen, Anmerk. der Redaktion) messen würden, habe ich nie. Es war ja klar, dass sie da waren. Wir mussten nur empfindlicher werden und irgendwann würden wir sie dann detektieren. Nur wie lange das dauern würde, das wusste kein Mensch.

Am 15. September 2015 war es dann soweit. Die Interferometer haben gerade einen ausführlichen Umbau hinter sich und beginnen wieder zu messen als auch schon das erste Signal einer Gravitationswelle angezeigt wird. Endlich ein Grund zum Jubeln? Der Wissenschaftler ist skeptisch.

Das weiß ich noch genau, wir haben es alle nicht geglaubt, dass das echt war. Dafür sind wir zu lange dabei. Die Erkenntnis, dass da was ganz Großes passiert ist, die kriecht so ganz langsam rein. Bei mir würde ich sagen, hat es zwei Wochen gedauert bis ich bereit war, für mich selbst zu zugeben, dass das echt sein könnte. Aber dann war es auch kein Paukenschlag, das war so ein wohliges Gefühl, "Ja, hat sich gelohnt die Arbeit". Und man gewöhnt sich dann auch schnell dran.

Der Nachweis der Gravitationswellen gelang ja nicht hier in Deutschland mit Geo600, sondern mit den beiden US-amerikanischen Interferometern. Daher haben Ende 2017 auch Ihre amerikanischen Kollegen Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne den Physik-Nobelpreis bekommen. Sind Sie da nicht ein wenig eifersüchtig?

Letztlich in welchem Detektor das Signal erscheint, das spielt keine so große Rolle. Es ist unsere Technologie und unsere Arbeit, die da drin steckt. Wir haben alle ein kleines bisschen entdeckt. Und so ein bisschen war es ja auch hier. Es waren zwei von unseren Postdocs, die die ersten auf der Welt waren, die Gravitationswellen gehört haben. Warum? Weil Amerika noch schlief um die Zeit.

Interferometer Geo600

Der Laser-Interferometer GEO600 des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik

Sie sprechen von Marco Drago und Andrew Lundgren. Sind das dann die eigentlichen Entdecker der Gravitationswellen?

Also entdeckt hat es kein Mensch. Da müssen wir ganz ehrlich sein. Entdeckt hat es der Computer. Das sind mehrere Computerprogramme, die immer mitlaufen und sich den Ausgang der Detektoren anschauen.

Und wenn etwas Auffälliges passiert in einem der Detektoren und innerhalb von plus minus 10 Millisekunden das gleiche Auffällige in dem anderen Detektor, dann hebt der Computer sozusagen elektronisch die Hand. Und das kommt mehrfach vor, aber meistens ist das irgendein Rauschereignis. Das heißt, dann ist der Mensch gefragt. Man schaut sich das Signal an und guckt nach, was war es denn diesmal.

Kontrollraum des LIGO-Observatoriums

Wissenschaftler des LIGO-Observatoriums machten die Entdeckung

Jetzt nachdem der Nachweis von Gravitationswellen geglückt ist, haben Sie jetzt Zeit sich zurückzulehnen?

Ganz im Gegenteil, jetzt fängt es ja gerade erst an. Es geht ja bei unserer Forschung nicht darum nachzuweisen, dass Gravitationswellen existieren. Daran hat niemand wirklich gezweifelt. Sondern es geht darum ein neues Fenster aufzutun, ein neues Werkzeug zu entwickeln das Universum zu erforschen. Das ist der Anfang einer neuen Art von Astronomie.

Was bedeutet das konkret?

Wir müssen erkennen, dass über 99 Prozent des Universums dunkel sind. Und wohl niemals mit irgendeiner Art von Licht oder anderer elektromagnetischer Strahlung beobachtet werden kann.

Aber alles unterliegt der Schwerkraft. Und alles, was der Schwerkraft unterliegt und sich bewegt, muss Gravitationswellen ausstrahlen. Das heißt, auf diese Weise wird uns plötzlich das dunkle Universum zugänglich und der größte Teil des Universums ist dunkel.

Zwischen 2015 und 2017 wurden von mehrere verschmelzende Schwarze Löcher Gravitationswellen gemessen. Aber 2017 hatten Sie dann sogar das Glück zwei Neutronensterne bei ihrer Verschmelzung beobachten zu können. Für den Laien klingt das sehr ähnlich. Was ist der Unterschied?

Schwarze Löcher bestehen nur aus Krümmung von Raum und Zeit, während Neutronensterne echte Materie enthalten. Das heißt, auch unsere optischen Astronomen können die Neutronensterne detektieren. Außerdem kann man den Neutronensternen sehr, sehr lange zuhören wie sie verschmelzen. So eine Schwarzlochverschmelzung ist in einer Zehntelsekunde vorbei.

Den Neutronensternen haben wir fast zwei Minuten lang bei ihrem "Todestanz" zuhören können. Und das gestattet es uns, die Richtung am Himmel relativ genau zu rekonstruieren. Und damit haben optischen Kollegen eine Chance, sich dieses Ereignis auch anzuschauen. Über 70 Teleskope in aller Welt haben dann dieses Neutronensternereignis in allen Wellenlängenbereichen ebenfalls angeschaut.

Verschmelzung zweier Neutronensterne

2017 konnte erstmals die Verschmelzung von Neutronensternen beobachtet werden

Was hat diese geballte Messung gebracht?

Am Anfang des Universums war nur Wasserstoff und Helium. Aber wir wissen, dass das Universum auch aus schweren Elementen besteht. Es ist bis heute ein großes Rätsel gewesen, woher wohl die ganz schweren Elemente wie Gold und jenseits von Gold gekommen sind. Ein bisschen was wird in Sternenexplosionen gebacken, aber das reicht nicht aus um zu erklären, woher all das Gold kommt.

Die optischen Beobachtungen dieser Neutronensternverschmelzung haben uns in den Spektren gezeigt, dass da ein großer Hochofen entstanden ist. in dem riesige Mengen an Gold und von anderen schweren Elementen gebacken wurden. Jetzt wissen wir es, woher das Gold kommt.

Was erwarten Sie für die Zukunft?

Wir sind noch ganz am Anfang der Gravitationswellen-Astronomie. Zuerst werden wir mehr Signale bekommen. Aber wir werden auch andere Signale bekommen. Und wirklich spannend wird all das, von dem wir heute noch gar nicht ahnen, dass es existiert. Ich persönlich möchte irgendwann den Urknall selbst hören. Und das wird auch klappen, während ich noch am Leben bin.

Interview: Ulrich Grünewald

Stand: 25.04.2018, 11:18

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