Gravitationswellen entdeckt?

Es wäre die Sensation des Jahres: Heute Nachmittag könnten Physiker des LIGO-Detektors in den USA verkünden, dass sie erstmals Gravitationswellen nachgewiesen haben. Diese Rippel in der Raumzeit hat schon Albert Einstein vor fast genau hundert Jahren vorhergesagt, doch ein direkter Nachweis ihrer Existenz stand noch aus. Sollte dies nun dem LIGO-Team gelungen sei, dann ist der Nobelpreis fast schon sicher.

Albert Einstein postulierte die Gravitationswellen bereits in seiner vor gut 100 Jahren veröffentlichten Allgemeinen Relativitätstheorie: Er postulierte, dass die Raumzeit erschüttert wird, wenn große Massen plötzlich beschleunigt werden, beispielsweise bei einer Verschmelzung Schwarzer Löcher oder bei der Explosion eines Sterns in einer Supernova.

Zwei Probleme

Doch der Nachweis der von solchen Ereignissen erzeugten Gravitationswellen ist extrem schwierig. Das Problem: Zum einen sind sie in dem von unseren Detektoren erfassbaren Weltraumbereich eher selten. In der Milchstraße ereignet sich beispielsweise nur alle rund 50 Jahre eine Supernova – und sie ist noch die häufigste unter den Verursachern von Gravitationswellen.

Zum anderen ist die von den Raumzeit-Rippeln transportierte Energie zwar riesig, ihr messbarer Effekt auf die Erde aber winzig: Auf einer Messstrecke von einem Kilometer würden die Wellen den Untergrund um nur Bruchteile eines Protonendurchmessers stauchen und dehnen.

Das Prinzip eines Gravitationswellen-Detektors: Die Interferenz der beiden Teilstrahlen verrät, ob sich die Detektorstrecken durch die Wellen verändern. © scinexx

Wie funktioniert der Nachweis?

Gravitationswellen-Detektoren wie LIGO in den USA oder Geo600 bei Hannover registrieren diese winzigen Verschiebungen mit Hilfe von Laser-Interferometrie: Ein Laserstrahl wird geteilt und auf zwei senkrecht zueinander stehende, mehrere Kilometer lange Messstrecken geschickt. Am Ende werden die Teilstrahlen durch einen Spiegel reflektiert und zum Detektor zurückgeworfen.

Normalerweise ist das System so eingestellt, dass sich die Laserstrahlen dabei gegenseitig auslöschen. Trifft nun jedoch eine Gravitationswelle die Erde, verändern sich Längen der Messstrecken. Als Folge verschiebt sich die Phase der beiden Laserstrahlen gegeneinander und der Detektor empfängt ein Signal.

LIGO-Detektor in Hanford, USA © LIGO

Entdeckung schon erwartet

Dass der Nachweis von Gravitationswellen unmittelbar bevorsteht, darüber spekulierte die Wissenschaftlergemeinde bereits Anfang des Jahres. Denn der Detektor LIGO wurde umgebaut und ist seit seinem Neustart im September 2015 zehnfach sensibler als zuvor. Dadurch kann er Wellen aus einem tausendfach größeres Raumbereich erfassen als zuvor.

Auch der Gravitationswellen-Detektor VIRGO in Italien wurde aufgerüstet und geht mit verbesserter Empfindlichkeit in Betrieb. Physiker waren sich daher relativ sicher, Einsteins Raumzeit-Wellen noch innerhalb dieses Jahres nachweisen zu können – und genau dies könnte jetzt bereits geglückt sein.

Tatsächlich kursierten schon seit Herbst 2015 immer wieder Gerüchte darüber, dass das LIGO-Team Signale von Gravitationswellen gemessen haben könnte. Weil jedoch auch andere Erschütterungen Störsignale verursachen können, blieb man vorsichtig und zog es vor, die Daten genau zu überprüfen. Jetzt scheinen die Tests offenbar abgeschlossen und die Forscher treten um 16:30 Uhr unserer Zeit an die Öffentlichkeit – man darf gespannt sein.

(LIGO, nature, 11.02.2016 – NPO)