Der 11. Februar 2016 wird in die Geschichte eingehen - als der Tag, an dem es Wissenschaftlern gelungen ist, die Existenz von Gravitationswellen nachzuweisen. Und das fast auf den Punkt genau 100 Jahre nachdem Physiker Albert Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht hat. Mit großer Spannung hat die Welt am Donnerstagnachmittag nach Washington geschaut. Um 16:30 Uhr MEZ ist ein internationales Team von Gravitationsforscher vor die Presse getreten und hat einen Statusbericht zur Suche nach Gravitationswellen vorgestellt.
Die wichtigsten Fakten im Überblick:
Was ist das Ergebnis des Statusberichts?
Das internationale Forscherteam mit über 1000 beteiligten Wissenschaftlern hat am Donnerstagnachmittag verkündet, dass ihnen der Nachweis von Gravitationswellen gelungen ist. Das sei bereits am 14. September 2015 geschehen. Die Analyse der Daten habe sich aber gezogen. Die gemessenen Gravitationswellen stammen von zwei Schwarzen Löchern, eines mit 29 und eines mit 36 Sonnenmassen, die umeinander gekreist und dann ineinander gestürzt sind. Die Forscher konnten auch die Entfernung der Schwarzen Löcher aus der Amplitude des Signals bestimmen: Sie sind 1,3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Zeitgleich mit der Pressekonferenz wurden die Ergebnisse im Fachmagazin "Physical Review Letters" veröffentlicht.
Wer steckt hinter dem Nachweis der Gravitationswellen?
Die internationale Forscher-Kollaboration Ligo - zu der auch drei Forschungs-Institute aus Deutschland gehören - hatte zum Statusbericht am Donnerstagnachmittag geladen. Den Wellen-Nachweis hat der Laser Ligo (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) geliefert.
Dabei handelt es sich um zwei Detektoren, die sich 3000 Kilometer voneinander entfernt in den US-Städten Livingston und Hanford befinden. Jeder der Detektoren besteht aus zwei jeweils vier Kilometer langen Antennen, die in einer L-Form angeordnet sind. Mit einem Laser messen sie kontinuierlich Raumzeit-Veränderungen und damit Gravitationswellen. Neben den USA befinden sich solche Detektoren auch in Deutschland und Italien.
Was sind Gravitationswellen?
Gravitationswellen sind Änderungen in der Struktur der Raumzeit. Sie werden von beschleunigten Objekten erzeugt und sind nur beobachtbar, wenn die Masse dieser Objekte sehr groß ist. Typische Quellen von Gravitationswellen sind Sternexplosionen, sogenannte Supernovae, Schwarze Löcher oder schnell umeinander kreisende Neutronensterne.
Ein Beispiel: Wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren, verschmelzen sie. Ein Teil der Energie, die dabei frei wird, wird in Form von Gravitationswellen umgewandelt. Ganz ähnlich verhält es sich mit Wasserwellen, wenn man einen Stein in eine Pfütze wirft.
Die Gravitationswellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit im Universum aus. Sie dehnen und stauchen dabei den Raum und werden daher als Raumzeitkräusel bezeichnet. Die von den Wellen ausgelösten Formänderungen sind allerdings so winzig, dass Menschen davon nichts mitbekommen.
Welche Konsequenzen hat der direkte Nachweis?
Wieso ist es Forschern bisher nicht gelungen, einen direkten Nachweis zu erbringen?
Auch rund 100 Jahre nach der Veröffentlichung von Albert Einsteins Relativitätstheorie tun sich Wissenschaftler schwer damit, einen direkten Nachweis der Gravitationswellen zu liefern. Das lag unter anderem an der schwachen Wechselwirkung zwischen Materie und Gravitation.
Dass sie tatsächlich existieren, hat auch vor dem direkten Nachweis am Donnerstag kaum jemand angezweifelt. Denn es gibt einen indirekten Beweis: Die US-Astronomen Russel Hulse und Joseph Taylor studierten über viele Jahre das Doppelsternsystem PSR 1913 und 16. Die Astronomen konnten 1974 zeigen, dass die zwei Neutronensterne Energie verlieren. Und das passt zu Einsteins Annahmen. Für ihre Forschung erhielten sie 1993 den Nobelpreis für Physik.
Welche unmittelbare Bedeutung hat der direkte Nachweis für mich?
Der direkte Nachweis der Gravitationswellen stellt einen Meilenstein für die Forschung dar. Das alles befindet sich allerdings im Bereich der Grundlagenforschung. Für den Menschen wird sich durch einen erst einmal Nachweis nichts ändern.
Welche Bedeutung hat der Nachweis für die weitere Forschung?
Die Existenz von Gravitationswellen ist bestätigt. Die Forscher haben damit eine neue Ära in der Astronomie und Physik eingeläutet oder, um es mit den Worten eines beteiligten Forschers zu sagen: "Das wirklich Spannende ist das, was nun folgen wird." Der direkte Nachweis erlaubt einen ganz neuen Blick auf das Universum und kann beispielsweise die Forschung über Schwarze Löcher oder Neutronensterne vorantreiben. Zudem kann die Erforschung der Gravitationswellen den Widerspruch zwischen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik lösen.
