Noch keine drei Jahre ist es her, da traten Physiker mit einer sensationellen Nachricht an die Öffentlichkeit: Zum ersten Mal war es gelungen, Gravitationswellen zu messen. Seither konnten diese sich wellenförmig ausbreitenden Stauchungen und Dehnungen in der Struktur von Raum und Zeit, die Albert Einstein vor mehr als 100 Jahren vorhergesagt hatte, immer wieder aufgespürt werden.

Jetzt haben Forscher in früheren Aufzeichnungen der Gravitationswellenobservatorien Ligo (USA) und Virgo (Italien) gleich vier weitere Fälle entdeckt: Sie alle stammen von der Verschmelzung Schwarzer Löcher. Unter den Neuzugängen ist auch das Signal des fernsten und energiereichsten je beobachteten Gravitationswellen-Ereignisses, berichteten Forscher der Ligo-Virgo-Kollaboration auf einer Veranstaltung an der University of Maryland.

Rekordvereinigung

Bei der Rekordverschmelzung, die vor etwa fünf Milliarden Jahren stattfand, wurden fast fünf Sonnenmassen in Gravitationswellen umgewandelt. Ein anderes Ereignis konnte wiederum so genau lokalisiert werden wie nie zuvor: Die Position zweier kollidierender Schwarzer Löcher ließ sich mit einer Genauigkeit von 39 Quadratgrad bestimmen.

Gemessen werden Gravitationswellen an den Observatorien Ligo und Virgo mit sogenannten Interferenzexperiment: Ein Laserstrahl wird dafür in Teilstrahlen aufgespaltet und in zwei exakt gleich lange Röhren geleitet, die senkrecht aufeinander stehen. Am Ende dieser Röhren werden die Lichtwellen von einem Spiegel reflektiert und zum Ausgangspunkt zurückgeworfen. Im Normalfall sollten sich die Strahlen aufheben – und es gibt kein Signal.

Verzerrt jedoch eine Gravitationswelle die Raumzeit, variiert dadurch die Länge der beiden Röhren minimal – und die Physiker messen ein Signal. Was die Detektion allerdings so schwierig macht, ist ihr vergleichsweise geringer Effekt und die dadurch erforderliche extreme Genauigkeit der Messungen.

Künftige Routine

Insgesamt liegen nun Gravitationswellen-Messungen von zehn verschmelzenden Schwarzen Löchern und einem Crash zweier Neutronensterne vor. Für die Astronomie sind diese Messungen von enormer Bedeutung: Sie erlauben eine neue Art der Beobachtung kosmischer Ereignisse, die für Forscher bisher im Verborgenen geblieben sind.

Dank ständiger Verbesserungen von Instrumenten und der Datenverarbeitung gehen Wissenschafter davon aus, dass der Empfang von Gravitationswellen bald schon Routine sein wird: Beim nächsten Beobachtungslauf von Ligo und Virgo, der im Frühjahr 2019 starten soll, könnten durchaus zwei Ereignisse pro Monat gemessen werden, sagte Alessandra Buonanno, Direktorin des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam. Zudem soll demnächst auch der japanische Detektor Kagra in das Observatorien-Netzwerk mit aufgenommen werden.

Auch der Informationsgewinn aus diesen Signalen werde immer größer, so Buonanno: "Modernste Wellenformmodelle, fortschrittliche Datenverarbeitung und eine bessere Kalibrierung der Instrumente haben es uns ermöglicht, astrophysikalische Eigenschaften von bereits zuvor bekanntgegebenen Ereignissen noch genauer zu ermitteln." (dare, 5.12.2018)