Im Februar wiesen Forscher erstmals nach, dass die von Einstein vermuteten Gravitationswellen wirklich existieren. Ein Experiment an Bord der LISA-Pathfinder-Mission sollte jetzt testen, wie man sie am besten messen kann. Und die Forscher waren überrascht, denn das Experiment funktionierte besser als gedacht.
Im Innern der Sonde befinden sich zwei 46 Millimeter große und 2 Kilogramm schwere Würfel aus Gold und Platin. Nach sechs Monaten im Weltraum hat LISA diese Würfel nun in den freien Fall entlassen. Und zwar auf dem Weg zur Sonne, knapp 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt am Lagrange-Punkt 1. Dort heben sich die Anziehungskräfte beider Himmelskörper gegenseitig auf.
Den ersten Messdaten der Forscher zu Folge unterliegen die beiden Würfel im Experiment wirklich nur dem Einfluss der Schwerkraft. Mithilfe eines Laserstrahls, der die beiden Würfel verbindet, hatte das Raumschiff deren relative Positionen und Ausrichtung gemessen. Die Würfel schwebten dabei im Abstand von 38 Zentimetern in der Sonde. Damit sie weiterhin im freien Fall blieben und nicht aus Versehen den Innenraum von LISA berührten, justierte die Sonde stets ihre Position mit Mikrodüsen nach.
Die Messergebnisse zeigten, dass weder Sonneneinstrahlung noch Wind Auswirkungen auf die Würfel hatten. Die Instrumente an Bord der Raumsonde seien laut den Forschern jedoch in der Lage gewesen, „winzige Kräfte“ zu registrieren, die das Raumschiff bewegen.
„Die Leistung des ersten Laserinferometers im All ist erheblich besser, als wir erwartet hatten“, sagte Gerhard Heinzel von der Leibniz Universität Hannover. Karsten Danzmann, Direktor des dortigen Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik, ergänzt: „Mit LISA Pathfinder haben wir den ruhigsten der Menschheit bekannten Ort geschaffen.“ Der Verlauf der Mission sei bisher spektakulär und übertreffe jedwede Erwartungen.
Laut den Forschern aus Hannover seien die Instrumente von Pathfinders zu so genauen Messungen in der Lage, dass damit Auswirkungen von miteinander verschmolzenen, supermassiven Schwarzen Löchern zu erspüren sind. Gravitationswellen kann LISA jedoch nicht entdeckt, dafür ist die Sonde zu klein.
Das Raumschiff, das von der European Space Agency (ESA) gebaut wurde, ist lediglich Vorgänger eines Gravitationswellen-Observatoriums namens ELISA. Die dafür notwendigen Sonden will die ESA Mitte der 2030er Jahre ins All schicken.
Obwohl sich die Gold-Platin-Würfel derzeit im freien Fall ohne Störfaktoren von außen befinden, könnten Gravitationswellen sie laut den Forschern dennoch beeinflussen. Die vom Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) erstmals beobachteten Gravitationswellen sind eigentlich leichte Krümmungen im Raum-Zeit-Kontinuum, die sich wellenförmig von ihrerm Ursprungsort wegbewegen.
Zum ersten Mal nachgewiesen wurde dieser Effekt während eines Aufpralls zweier Schwarzer Löcher, der nur wenige Bruchteile einer Sekunde dauerte. Für das Experiment war ein Team mit 90 Mitgliedern notwendig, dem Forscher unterschiedlichster wissenschaftlicher Institutionen angehörten.
Albert Einstein sagte mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vor über 100 Jahren die Existenz von Gravitationswellen voraus. Doch erst vor kurzem sind Sensoren entwickelt worden, die empfindlich genug sind, um sie nachzuweisen.
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Martin Hewitson, Senior Scientist im LISA-Pathfinder-Team in Hannover, sagte, die jüngsten Daten des Raumschiffs hätten die Ziele seiner Forschungsgruppe innerhalb eines Tages erreicht: „Wir wissen, dass die Leistung des Laserinterferometers die notwendige Präzision für das künftige Gravitationswellen-Observatorium um einen Faktor von mehr als hundert übertroffen hat.”
Informationen über LISAs Reise durch den Weltraum werden im Physical Review Letters Journal fortlaufend veröffentlicht. Anfang Juni hatte dort auch ein Forscherteam um Stephen Hawking eine neue Theorie zu Schwarzen Löchern veröffentlicht. Die Physiker wollen dabei widerlegen, dass Schwarze Löcher alles in ihrer Nähe – sogar Licht – absorbieren würden. Vielmehr hätten die Löcher weiche Haare, durch die Informationen ebenso wieder in den freien Raum entkommen könnten, wenn ein Schwarzes Loch verdampft. Die Überlegungen beruhen auf einer Theorie Hawkings aus den 1970er Jahren.
Was sind eigentlich Gravitationswellen? WIRED erklärt es euch hier.
Dieser Artikel basiert in großen Teilen auf einem Artikel der Kollegen von WIRED UK.
