Gravitationswellen

Gravitationswellen sind Verzerrungen der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Albert Einstein sagte sie 1916 als Konsequenz der Allgemeinen Relativitätstheorie voraus, bezweifelte aber selbst, dass sie jemals messbar sein würden. Am 14. September 2015 gelang es den LIGO-Detektoren in den USA erstmals, Gravitationswellen direkt nachzuweisen. Das Signal stammte von zwei Schwarzen Löchern (36 und 29 Sonnenmassen), die 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernt miteinander verschmolzen.

Die Messung war ein technisches Wunder: LIGO registrierte eine Längenänderung von einem Tausendstel eines Protonendurchmessers. 2017 folgte der erste Nachweis verschmelzender Neutronensterne (GW170817), begleitet von einem Gamma-Blitz und sichtbarem Licht, der Beginn der Multi-Messenger-Astronomie.

In der Science Fiction sind Gravitationswellen ein relativ junges Thema, gewinnen aber an Bedeutung. Stephen Baxter nutzt Gravitationswellen als Kommunikationsmedium in mehreren Romanen. Greg Egan beschreibt in seinen Hard-SF-Werken die physikalischen Auswirkungen extremer Gravitationswellen. Die Vorstellung, dass Gravitationswellen als Informationskanal genutzt werden könnten, eröffnet narrative Möglichkeiten: eine Zivilisation, die nicht per Funk, sondern per Raumzeitverzerrung kommuniziert.

2023 wiesen Pulsar-Timing-Arrays den kosmischen Gravitationswellen-Hintergrund nach, das Summen unzähliger umkreisender supermassereicher Schwarzer Löcher im gesamten Universum.

Der geplante Weltraumdetektor LISA (Laser Interferometer Space Antenna) soll ab den 2030ern Gravitationswellen bei viel tieferen Frequenzen als LIGO messen, indem drei Satelliten in einem Dreieck von 2,5 Millionen Kilometern Kantenlänge die Raumzeit abtasten. LISA wird damit Signale aus Verschmelzungen supermassereicher Schwarzer Löcher in Galaxienkollisionen empfangen und Gravitationswellen aus den ersten Minuten nach dem Urknall aufspüren. Das wäre ein direktes Fenster in eine Epoche, die für elektromagnetische Beobachtung unzugänglich ist.

Für die Science Fiction sind Gravitationswellen ein Kommunikationskanal, den keine bekannte Technologie abschirmen kann. Anders als Radio oder Laser durchdringen sie Materie nahezu ungestört. Eine Zivilisation, die Gravitationswellen als Signal nutzt, wäre praktisch nicht abhörbar und nicht zu stören. Stephen Baxter, Greg Egan und Alastair Reynolds haben solche Konzepte in ihren Werken angedeutet. Die Idee einer Galaxiszivilisation, die über Raumzeitverzerrungen kommuniziert statt über elektromagnetische Signale, ist eine der wenigen plausiblen Szenarien für kosmische Kommunikation jenseits von Lichtgeschwindigkeit.

Das LIGO-Signal vom 14. September 2015 hatte eine Frequenz von 35 bis 250 Hertz und dauerte 0,2 Sekunden. In diesen zwei Zehntelsekunden verschmolzen zwei Schwarze Löcher, und drei Sonnenmassen wurden rein in Gravitationswellen umgewandelt. Für einen kurzen Moment war diese Leistung grösser als die kombinierte elektromagnetische Leistung aller Sterne im beobachtbaren Universum zusammen.