Gravitationswellen

 

Unser Universum birgt einige sehr erstaunliche Geheimnisse in sich. Im Laufe des letzten Jahrhunderts haben Wissenschaftler mit Hilfe von Teleskopen auf der Erde und im All das Licht von den entferntesten Regionen des Universums entdecken können. Sie konnten dabei die Verschmelzung von Galaxien oder das Entstehen und Vergehen von Sternen beobachten. Die herkömmlichen Beobachtungstechniken ermöglichen jedoch nur einen Blick auf einen kleinen Teil des Universums. Viele der für Astronomen interessantesten Objekte, wie z.B. Schwarze Löcher, sind für optische Teleskope unsichtbar. Deshalb suchen wir nach einem neuen Beobachtungsfenster, welches sich nicht öffnet durch Licht, sondern durch Gravitationswellen. Dadurch wären wir nicht nur in der Lage, die exotischsten Objekte des Universums zu beobachten, sondern auch die Natur von Raum und Zeit zu untersuchen! Und so funktioniert es:

Gravity can be described as a
curvature of space-time

Gravitation kann als eine Krümmung der Raumzeit verstanden werden.

Stellen Sie sich vor, die Raumzeit wäre eine riesige Gummihaut. Befindet sich ein schweres Objekt (z.B. ein Stern) auf dieser Haut, dann verbiegt bzw. krümmt sich die Haut (und damit die Raumzeit) um dieses Objekt. Alles, was sich in der Nähe dieser schweren Masse befindet, wird demzufolge beschleunigt und fällt in ihre Richtung.

Durch Einstein wissen wir, dass Gravitation ganz ähnlich funktioniert. Wenn wir eine Gravitationskraft erfahren, die uns zur Erde zieht, dann bewegen wir uns eigentlich auf gekrümmten Bahnen in Raum und Zeit!

Sind zwei Schwarze Löcher nah genug beieinander, dann können sie zueinander beschleunigt werden. Dabei beginnen sie zunächst, einander spiralförmig zu umkreisen bis sie schließlich in einer heftigen Kollision verschmelzen. Während dieses Vorgangs wird die umgebende Raumzeit erheblich gestört, wobei sich diese Störung mit Lichtgeschwindigkeit ins restliche Universum ausbreitet. Dieses Phänomen entspricht exakt einer Welle, genauer gesagt einer Welle der Gravitation.

Welche Auswirkungen haben diese Gravitationswellen? Die einfachste Beschreibung dessen ist, dass sie den durch sie durchlaufenen Raum strecken und stauchen - oder in anderen Worten: Sie ändern oszillierend die Abstände zwischen Körpern.

Eine Gravitationswelle streckt und staucht einen Apfel.
Eine Gravitationswelle streckt und staucht einen Apfel. Bildquelle: Paul Fulda.

Unter den vielversprechendsten Quellen von Gravitationswellen finden sich kollidierende Schwarze Löcher. Obwohl diese als extrem starke Quellen von Gravitationswellen gelten, verursachen sie dennoch nur eine gerinfügige Streckung oder Stauchung von Gegenständen. Ein Maßstab von einem Meter Länge wird z.B. nur etwa 10-22m (oder 0,0000000000000000000001 m) gestreckt oder gestaucht. Aus diesem Grund brauchen wir höchst empfindliche Instrumente, um diesen Effekt überhaupt wahrzunehmen.