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Der Schattenriss eines Wissenschaftlers auf einer Visualisierung von Gravitationswellen. Foto: Julian Stratenschulte

100 Jahre nach Einstein

Gravitationswellen-Entdeckung ist Durchbruch des Jahres

Vor 100 Jahren sagte Albert Einstein die Existenz von Gravitationswellen hervor. 2016 wurden sie erstmals direkt nachgewiesen - für das Fachmagazin "Science" der Durchbruch des Jahres.

Washington (dpa) - Die Entdeckung der Gravitationswellen ist nach dem Urteil des US-Fachjournals "Science" der wissenschaftliche Durchbruch des Jahres.

Der direkte Nachweis der bereits von Albert Einstein vorhergesagten Wellen eröffne eine völlig neue Form der Astronomie und habe die Wissenschaftslandschaft verändert, berichtet das Heft in seiner jüngsten Ausgabe von diesem Freitag. Das US-Observatorium Ligo hatte im Februar die Entdeckung von Gravitationswellen von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern bekanntgegeben.

Bereits vor einem Jahrhundert hatte Einstein prognostiziert, dass beschleunigte Massen Gravitationswellen durch die Raumzeit senden. Er glaubte allerdings nicht daran, dass diese Wellen jemals nachweisbar sein könnten - die erwartete Verzerrung der Raumzeit war einfach zu klein. Die massivsten bekannten Objekte im Weltall waren zu Einsteins Zeiten jedoch Sterne. Erst Jahrzehnte nach seiner Vorhersage wurden Schwarze Löcher und Neutronensterne entdeckt, die beide eine erheblich höhere Dichte erreichen als gewöhnliche Sterne und daher höhere Wellen schlagen können.

Nach der Entdeckung dieser kompakten Himmelsobjekte haben Astrophysiker jahrzehntelang versucht, Gravitationswellen direkt aufzufangen. Erst mit dem rundum erneuerten und in seiner Empfindlichkeit erheblich verbesserten Ligo-Observatorium wurden sie schließlich fündig. Ligo beobachtete, wie zwei Schwarze Löcher in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung von der Erde immer schneller umeinander kreisten und verschmolzen. Die Beobachtung eröffnet einen neuen Blick auf Phänomene, die zum Teil mit anderen Instrumenten gar nicht sichtbar sind. So hatte Ligo nicht nur die Existenz von Gravitationswellen bewiesen, sondern dabei auch die von Doppelsystemen aus zwei Schwarzen Löchern.

Das Observatorium besteht aus zwei L-förmigen Detektoren, die tausende Kilometer voneinander entfernt liegen. Im Inneren der beiden Detektoren läuft jeweils ein Laserstrahl im Vakuum, mit dessen Hilfe sich die Länge der beiden Arme jedes Detektors mit extremer Genauigkeit vermessen lässt, bis auf ein Zehntausendstel des Durchmessers eines Wasserstoffatomkerns (Proton). Passiert eine Gravitationswelle den Detektor, staucht und streckt sie die beiden Arme unterschiedlich und in charakteristischer Weise.

Bei der Premiere stauchten und streckten die Gravitationswellen die Detektorarme um etwa einen tausendstel Proton-Durchmesser. Inzwischen hat Ligo (Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium) die Beobachtung eines zweiten derartigen Ereignisses bekanntgegeben. Die Gravitationswellenforscher blicken nun mit großen Erwartungen auf den geplanten Betriebsbeginn des Virgo-Detektors in Italien im kommenden Jahr. Mit einem dritten Detektor lassen sich die Himmelspositionen künftiger Gravitationswellensignale erstmals triangulieren und damit einigermaßen genau eingrenzen, was mit den beiden Ligo-Detektoren alleine noch nicht genau möglich ist.

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