Gravitationswellenastronomie

Am 14. September 2015 registrierten die beiden Detektoren des Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory in den Vereinigten Staaten ein winziges Zittern der Raumzeit. Das Signal trug die Bezeichnung GW150914 und stammte aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit etwa 36 und 29 Sonnenmassen, die zu einem einzigen Schwarzen Loch von rund 62 Sonnenmassen zusammenfielen. Die fehlende Masse von etwa drei Sonnenmassen wurde in einem Sekundenbruchteil als Gravitationswellen abgestrahlt. Dieser Nachweis, im Februar 2016 der Öffentlichkeit vorgestellt, bestätigte eine hundert Jahre alte Vorhersage Albert Einsteins und eröffnete ein vollständig neues Fenster ins All.

Gravitationswellen sind Stauchungen und Dehnungen der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und von beschleunigten Massen erzeugt werden. Ihre Wirkung ist unvorstellbar klein. Als die Welle von GW150914 die Erde erreichte, veränderte sie die vier Kilometer langen Messstrecken der Detektoren um weniger als ein Tausendstel des Durchmessers eines Protons. Um eine so winzige Längenänderung zu messen, nutzen LIGO und das europäische Pendant Virgo Laserinterferometer, in denen Lichtstrahlen lange Wege hin und her laufen und kleinste Verschiebungen in ein messbares Signal verwandeln.

Das Besondere an dieser Astronomie ist, dass sie nicht auf Licht angewiesen ist. Alle klassische Astronomie beobachtet elektromagnetische Strahlung, also Radiowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Röntgen- und Gammastrahlung. Gravitationswellen dagegen durchdringen Materie nahezu ungehindert und tragen Informationen aus Regionen, die für Teleskope für immer dunkel bleiben, etwa aus dem Inneren verschmelzender Schwarzer Löcher. Damit bekommt die Menschheit gewissermaßen einen neuen Sinn, ein Gehör für das Universum zusätzlich zum jahrtausendealten Sehen. Im August 2017 wurde mit GW170817 erstmals die Verschmelzung zweier Neutronensterne sowohl in Gravitationswellen als auch in Licht beobachtet, der Beginn der sogenannten Multi-Messenger-Astronomie.

Die Zukunft des Feldes liegt im Weltraum. Die geplante Mission LISA, die Laser Interferometer Space Antenna der ESA, soll drei Satelliten in millionenkilometerweitem Abstand fliegen lassen und damit viel niederfrequentere Wellen erfassen, als es vom Boden aus möglich ist. So sollen verschmelzende supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren ferner Galaxien hörbar werden. Parallel lauschen Pulsar-Timing-Arrays über das ganze All verteilten Hintergrundrauschen aus Gravitationswellen.

In der Science-Fiction war die direkte Beobachtung von Gravitationswellen lange reines Wunschdenken, ein Detail in technologisch fortgeschrittenen Welten. Seit 2015 ist sie Realität, und gute Autoren greifen sie auf, um Bedrohungen oder Entdeckungen plausibel einzuführen, etwa als Frühwarnsystem für kosmische Katastrophen oder als Methode, mit der eine Zivilisation Schwarze Löcher kartiert. Wer in einem Roman ein verschmelzendes Schwarzes-Loch-Paar oder ein vorbeiziehendes Wurmloch über sein Raumzeit-Beben entdecken lässt, steht heute auf solidem wissenschaftlichem Boden.