Gravitationswellen in der Astronomie

Albert Einstein argumentierte in seiner Relativitätstheorie dafür, dass sich der Weltraum dehnen und beugen kann. Jede sich im Weltraum bewegende Masse sendet Wellen durch Raum und Zeit. Bis zum letzten Jahr hatten Wissenschaftler keine Möglichkeit, diese Theorie zu beweisen. Was ist 2017 passiert, das seine Theorie bestätigt hat? Astronomen entdeckten Gravitationswellen, die von zwei kollidierenden Neutronensternen projiziert wurden. Dieses als Kilonova bekannte Ereignis wurde von den Laser-Interferometer-Gravitationswellenobservatorien (LIGO) in den US-Bundesstaaten Louisiana und Washington aufgezeichnet. Als Ergebnis konnten die Wissenschaftler andere Observatorien benachrichtigen, ihre Teleskope auf das Einfangen von Radiowellen und Gammastrahlen zu fokussieren.

Was sind Gravitationswellen?

Vor der Entdeckung der Gravitation im Jahr 2017 konnten Wissenschaftler nur Ereignisse erkennen unter Verwendung des elektromagnetischen Spektrums. Bei Gravitationswellen können sie das Ereignis jedoch auch hören. In der Tat können Wissenschaftler die Gravitationswellen messen und wandeln die Signale häufig in Audio um und erzeugen so ein unverwechselbares Zirpen. Das Signal der Kilonova dauerte etwa 100 Sekunden und war damit etwa 1000 Mal länger als das Zirpen, das von den um einiges schwereren schwarzen Löchern erzeugt wird.

Bei einem früheren Ereignis haben Wissenschaftler zwei schwarze Löcher erfasst, die sich einander annähern. Als Sie ineinander übergingen, setzten sie die doppelte Masse unserer Sonne in Form von Gravitationswellen frei. Diese Wellen bewegten sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum und komprimierten und dehnten Raum und Zeit. Schließlich erreichten sie die Erde 4,6 Milliarden Kilometer (2,9 Milliarden Meilen) vom Ereignis entfernt. Von den LIGO-Standorten in den USA aus haben sie die Richtung, Stärke und Entfernung der Fusion festgelegt.

Gravitationswellen Nachweis – Aus Masse erzeugte Wellen

Durch das Studium der Wellen können Wissenschaftler rückwirkend arbeiten und herausfinden, wie groß die Masse war, die die Wellen erzeugte und wie schnell sich diese bewegten. Seltsamerweise treten die meisten der jetzt entdeckten Wellen auf, wenn Objekte mit großen Massen zusammenkommen. Ihre Instrumente können kleinere Ereignisse noch nicht erkennen. Sobald sie empfindlichere Instrumente entwickeln, werden Wissenschaftler probieren weitere Objekte zu entdecken. Im Gegensatz zu Licht werden Gravitationswellen nicht durch Staub, Gas oder Sterne blockiert.

Sobald LIGO-Anlagen diese Wellen von Supermassenkollisionsereignissen erkennen, kommunizieren sie sofort weltweit mit anderen Laboratorien. „Wenn bei den Gravitationswellenobservatorien ein Signal entdeckt wird, senden die Wissenschaftler dort ihren Kollegen eine Nachricht, die dann ihre Teleskope auf die Quelle richten können“, sagte Kevin Marvel, der leitende Angestellte der American Astronomical Society.

Beantwortete Fragen

Was wollen Wissenschaftler von der Gravitationswellen-Astronomie lernen und wie wollen sie Gravitationswellen nutzen?

1. Bestehen Zeit und Raum aus kosmischen Strängen? Forscher haben vorausgesagt, dass kosmische Stränge, falls sie existieren, gelegentlich Knoten bilden könnten. Folglich würde ein Strang einen Schwall von Gravitationswellen auslösen, sollte er durchreißen. Dies würde die Existenz von kosmischen Strängen beweisen.
2. Sind Neutronensterne perfekte Kugeln? Leider verstehen wir die Physik von Neutronensternen nicht. Gravitationswellen könnten jedoch einzigartige Einblicke liefern. Beispielsweise neigt die intensive Schwerkraft an ihrer Oberfläche dazu, Neutronensterne in eine fast perfekte Kugel zu formen. Andererseits haben einige Forscher die Theorie aufgestellt, dass es immer noch „Berge“ mit einem Durchmesser von 10 km geben könnte.
3. Was lässt einen Stern explodieren? Wissenschaftler verstehen nicht, was die Explosion eines Sternes auslöst. Ohne Zweifel könnte das Anhören der Gravitationswellenausbrüche, die bei einer Supernova freigesetzt werden, eine Antwort liefern.

Das Studium der Gravitationswellenastronomie hat gerade erst begonnen und mit jeder vorbeiziehenden Welle kann unser Verständnis des Universums Antworten auf die schwierigsten Fragen bieten.