"Ein neues Zeitalter hat begonnen"

Darstellung eines Urknalls im Weltall

Einsteins Gravitationswellen bewiesen

"Ein neues Zeitalter hat begonnen"

Wissenschaftler kommen aus dem Schwärmen kaum heraus. Welchen Anteil deutsche Physiker am Beleg der Gravitationswellen haben – und warum wir so tiefer ins Weltall vordringen können, klären wir im Interview.

Wissenschaftler auf der gesamten Welt haben die Entdeckung der Gravitationswellen am Donnerstag (11.02.2016) als Wendepunkt in der Astrophysik gefeiert und ihre Bedeutung für die weitere Forschung mit der Einführung des Tonfilms verglichen. Doch nicht nur in den Vereinigten Staaten am Ligo-Observatorium knallten die Korken, auch in Deutschland wurde der wissenschaftliche Paukenschlag gefeiert. Denn sowohl am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover und Potsdam als auch an der Leibniz Universität Hannover gibt es mehrere Arbeitsgruppen, die entscheidend an der Entdeckung mitgewirkt haben. Wir haben mit Benjamin Knispel vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover darüber gesprochen, wie die Wissenschaftler die neuen Erkenntnisse nutzen können.

Welche Bedeutung hat der Nachweis von Gravitationswellen für die Astrophysik?

Benjamin Knispel: Der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen ist eine Weltsensation. Er ist nicht nur eine Bestätigung einer ziemlich genau hundert Jahre alten Vorhersage von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, sondern auch der Beginn eines neuen Zeitalters der Astronomie. Wie diese erste Beobachtung zeigt, gibt es Schwarze Löcher und sie verhalten sich genau so wie die Relativitätstheorie es vorhersagt. Erstmals wurde ihre Verschmelzung direkt beobachtet – das ist nur mit Gravitationswellen möglich. In Zukunft werden wir mit Gravitationswellen viele Beobachtungen machen und dann eine richtige Gravitationswellen-Astronomie haben – ein völlig neues Zeitalter der Astronomie hat nun begonnen.

Schwarze Löcher

Die Schwarzen Löcher gehören noch immer zu den Rätseln des Universums. Sie erscheinen für das menschliche Auge schwarz und um sie herum ist die Schwerkraft so hoch, dass sie Materie aufsaugen. Als Schwarze Löcher werden in der Physik Objekte beschrieben, dessen Gravitation so stark ist, dass weder Lichtsignale noch Materie nach außen dringen können. Licht, Raum und Zeit können demnach von Schwarzen Löchern aufgesogen werden. In ihnen herrschen völlig andere, bisher unbekannte physikalische Gesetze.

Wenn ein Stern stirbt, dann verschwinden sowohl sein Gas- als auch sein Strahlungsdruck. Nur die Schwerkraft im Inneren bleibt. So schrumpft der Stern auf ein Minimum, während seine Masse implodiert. Auf diese Weise entsteht ein Schwarzes Loch. Bisher gilt eine direkte Beobachtung Schwarzer Löcher als praktisch unmöglich. Schwarze Löcher verraten sich aber durch Sterne, die sie umkreisen. Deren Bahnen und Bahngeschwindigkeiten weisen Unregelmäßigkeiten auf, die letztlich Rückschlüsse auf das Schwarze Loch zulassen.

Benjamin Knispel

Benjamin Knispel

Benjamin Knispel studierte Physik an der Leibniz Universität Hannover und promovierte am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik. Seit dem Jahr 2012 ist er in der Öffentlichkeitsarbeit des Instituts tätig und seit Ende 2015 widmet er sich als Referent für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit vollständig dieser Aufgabe.

Im Zuge der Berichterstattungen über die bahnbrechenden Ergebnisse wurde angedeutet, dass die Gravitationswellen auch Erkenntnisse über den Urknall liefern könnten. Inwiefern? Sind wir dem Urknall auf der Spur?

Knispel: Gravitationswellen entstehen nicht nur, wenn Schwarze Löcher miteinander kollidieren und verschmelzen, oder wenn Sterne explodieren. Sie können auch in der Frühzeit des Universums ganz kurz nach dem Urknall entstehen. Was in den ersten rund 400.000 Jahren nach dem Urknall passiert ist, ist derzeit Spekulation, weil wir mit der bisher existierenden Astronomie nicht so weit in die Vergangenheit zurücksehen können. Mit Gravitationswellen wäre es aber tatsächlich möglich, viel näher an den Urknall heran zu kommen – wenn sie denn dabei entstanden sind.

Warum war es eigentlich so schwierig, die Wellen festzustellen?

Ein Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik anhand einer Projektion einer Computersimulation die Ausbreitung von Gravitationswellen.

Knispel: Obwohl enorm viel Energie in Form von Gravitationswellen freigesetzt wird, wenn schwarze Löcher zusammenstoßen und verschmelzen, sind ihre Auswirkungen beim Erreichen der Erde minimal. Die Messstrecken der Ligo Detektoren wurden von diesen Wellen nur um den tausendestel Durchmesser eines einzelnen Protons – also den Kern eines Wasserstoffatoms – gedehnt und gestaucht. Eine so winzige Änderung nachzuweisen, erfordert enorm präzise Messtechnik, die es so nun erst gibt.

Die Detektoren in den Vereinigten Staaten, die die Gravitationswellen gemessen haben, sind unter anderem mit Technik aus Hannover ausgerüstet worden. Welchen Anteil haben deutsche Forscher an den Ergebnissen?

Knispel: Der Gravitationswellendetektor GEO600 bei Hannover, der gemeinsam mit britischen Kollegen betrieben wird, hat Messtechnologie entwickelt und erprobt, ohne die die Ligo-Detektoren nicht so empfindlich wären wie sie es heute sind. In Hannover arbeiten zudem die Experten für die Datenanalyse, die die Signale aus dem Hintergrundrauschen in den Daten der Detektoren aufspüren. Dazu betreibt unser Institut außerdem "Atlas", den weltweit leistungsfähigsten Großcomputer zur Suche nach Gravitationswellen. Die ersten Personen, die dieses bahnbrechende Signal sahen, arbeiten an unserem Institut. In Potsdam wiederum arbeiten die Experten, die die Signale aus der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhersagen und die Eigenschaften der Quellen ermitteln.

Welche Themen bestimmen die Astrophysik nach dem Nachweis der Gravitationswellen?

Knispel: Der erste Nachweis von Gravitationswellen ist nicht das Ziel, sondern der Anfang unserer Reise: die Gravitationswellenastronomie beginnt heute. Wer weiß, welche unbekannten Objekte uns auf der dunklen, unsichtbaren Seite des Universums erwarten und uns überraschen werden? Bislang war es immer so, dass mit einer neuen Art, den Kosmos zu beobachten, auch immer vollkommen neue Entdeckungen, vollkommen neue Erkenntnisse kamen. Das wird uns mit der Gravitationswellenastronomie bestimmt nicht anders ergehen.

Die Fragen stellte Andreas Sträter

Stand: 12.02.2016, 09:00