LIGO

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) besteht aus zwei L-förmigen Detektoren in den USA: einer in Hanford (Washington) und einer in Livingston (Louisiana). Jeder Arm ist 4 Kilometer lang. Ein Laserstrahl wird an einem Strahlteiler in beide Arme geschickt und an Spiegeln am Ende reflektiert. Wenn eine Gravitationswelle den Detektor durchläuft, staucht sie einen Arm minimal und streckt den anderen. Die resultierende Phasenverschiebung der Laserstrahlen wird gemessen.

Am 14. September 2015 registrierten beide LIGO-Detektoren gleichzeitig ein Signal: GW150914, die erste direkt nachgewiesene Gravitationswelle. Sie stammte von zwei Schwarzen Löchern mit 36 und 29 Sonnenmassen, die in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung verschmolzen. Die Verschmelzung setzte in einer Zehntelsekunde mehr Energie frei als alle Sterne im beobachtbaren Universum zusammen. Kip Thorne, Rainer Weiss und Barry Barish erhielten 2017 den Nobelpreis für Physik.

Seitdem hat LIGO (zusammen mit dem europäischen Virgo-Detektor und dem japanischen KAGRA) Dutzende Gravitationswellen-Ereignisse nachgewiesen: verschmelzende Schwarze Löcher, verschmelzende Neutronensterne und gemischte Paare. 2017 wurde erstmals eine Neutronenstern-Verschmelzung (GW170817) gleichzeitig in Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung beobachtet, der Beginn der Multi-Messenger-Astronomie.

LIGO hat ein komplett neues Fenster zum Universum geöffnet. Gravitationswellen verraten, was optische Teleskope nie sehen können: die Dynamik von Schwarzen Löchern, die innere Struktur von Neutronensternen, und möglicherweise sogar Echos des Urknalls.

Gerade die unvorstellbare Kleinheit der gemessenen Effekte macht LIGO zu einer der erstaunlichsten Maschinen, die je gebaut wurden. Eine Gravitationswelle staucht und streckt die vier Kilometer langen Arme um weniger als ein Zehntausendstel des Durchmessers eines Protons, eine Genauigkeit, die jahrzehntelange technische Entwicklung erforderte und lange als unerreichbar galt. Um eine so winzige Bewegung zu erkennen, müssen sämtliche Störungen ausgeschlossen werden, von vorbeifahrenden Lastwagen über ferne Erdbeben bis zu den thermischen Schwingungen der Spiegelatome selbst. Dass gleich zwei weit voneinander entfernte Detektoren dasselbe Signal innerhalb von Millisekunden registrierten, machte den ersten Nachweis 2015 unanfechtbar. Seitdem hat sich aus diesen Messungen eine völlig neue Astronomie entwickelt, die das Universum nicht mehr nur sieht, sondern gewissermaßen hört. Die Verschmelzung der Neutronensterne 2017, gleichzeitig in Gravitationswellen und in Licht beobachtet, läutete die Multi-Messenger-Astronomie ein, in der verschiedene Boten desselben Ereignisses zusammengeführt werden und ein viel reicheres Bild kosmischer Katastrophen ergeben.