Süddeutsche Zeitung

Gravitationswellen:Todestanz am Südhimmel

Erstmals haben Astronomen sowohl Gravitationswellen als auch Lichtsignale von einer kosmischen Kollision aufgefangen. Die spektakuläre Messung zeigt die enorme Macht der neuen Technik.

Von Marlene Weiss

Der 17. August 2017 wird wohl vor allem wegen des brutalen Terroranschlags in Barcelona in düsterer Erinnerung bleiben. Dass an diesem Tag auch etwas Großartiges geschehen ist, haben zunächst nur wenige Menschen mitbekommen, und sie mussten schweigen - Forschergeheimnis. Es begann um 14.41 deutscher Zeit: Da registrierten die beiden riesigen Detektoren in den US-Bundesstaaten Washington und Louisiana das Heranrollen einer Gravitationswelle. Das allein wäre fast Routine; es war ja schon das fünfte Mal, dass dieses Wackeln der Raumzeit aufgezeichnet wurde. Aber etwas war anders als bei den bisherigen Messungen, die auf Kollisionen Schwarzer Löcher zurückgingen: Statt nur einen Sekundenbruchteil zu dauern, hielt das Zittern an; fünf Sekunden, zehn Sekunden, 15 Sekunden, ja hört das denn gar nicht mehr auf? Erst nach fast zwei Minuten war es vorbei.

Fast gleichzeitig schickte der Fermi-Satellit der Nasa aus 550 Kilometern Höhe einen Alarm zur Erde. Das Teleskop hatte einen Ausbruch energiereicher Gammastrahlung aufgefangen. Das passiert zwar rund einmal die Woche, aber normalerweise haben Astronomen keine Chance, die Quelle dieser rätselhaften Blitze genau zu bestimmen. Das Signal kam jedoch ungefähr aus der gleichen Richtung wie die Gravitationswelle. Wer da noch an einen Zufall glaubt, versteht nichts von Wahrscheinlichkeiten: Die beiden Signale mussten den gleichen Ursprung haben. Es war der Beginn einer neuen Ära der Astronomie.

So ein neues Zeitalter wurde zwar schon öfter ausgerufen, seit man Gravitationswellen registrieren kann; die erste Messung wurde im Februar 2016 publik, in diesem Jahr gab es einen Nobelpreis dafür. Konkrete Auswirkungen auf Arbeit oder Wissensstand der Astronomen hat das aber noch kaum gehabt. An diesem 17. August jedoch berechneten die Forscher im internationalen Ligo-Virgo-Team, das die Gravitationswellen-Detektoren betreibt, eilends den Ursprungsort der Wellen. Umgehend wurden weltweit die Betreiber der besten optischen Teleskope alarmiert.

Noch nie zuvor hatte jemand den Zusammenprall zweier Neutronensterne beobachtet

Rund 70 Teleskope richteten sich daraufhin auf einen Bereich im Sternbild Wasserschlange am Südhimmel. Und sie wurden fündig: Da war ein neuer, heller Punkt in der Galaxie NGC4993, nur 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt (für astronomische Verhältnisse so gut wie nebenan). Das Licht wurde rapide schwächer, für die Messung blieben nur wenige Stunden. Erste Analysen zeigten: So ein Objekt hatte man noch nie zuvor beobachtet. Es war eine Kilonova, entstanden aus der Kollision zweier Neutronensterne. Von dieser spektakulären Messung berichteten die Forscher am Montag in mehreren Artikeln, unter anderem in Physical Review Letters.

Solche Neutronensterne sind so etwas wie eine Light-Version Schwarzer Löcher, und nicht weniger rätselhaft als diese. Während Schwarze Löcher entstehen, wenn sehr massereiche Sterne kollabieren, sind Neutronensterne die Überreste kleinerer Sterne. Wenn deren Brennstoff verbraucht ist, stürzen sie in sich zusammen. Unter unvorstellbarem Druck verschmelzen Elektronen und Protonen. Es kommt zu einer gewaltigen Explosion. Übrig bleibt ein extrem komprimiertes Objekt, das fast nur noch aus Neutronen besteht - der Neutronenstern. Anders als bei Schwarzen Löchern ist ihre Masse nicht auf einem Punkt konzentriert, aber fast: Ein Teelöffel Neutronenstern hat eine Masse von rund einer Milliarde Tonnen. Trotz ihres winzigen Durchmessers von wenigen Dutzend Kilometern bringen es Neutronensterne auf ein bis zwei Sonnenmassen.

Das ist indes lächerlich wenig im Vergleich zu Schwarzen Löchern. Wenn zwei solche Giganten zusammenkrachen, gibt es ein kurzes, heftiges Gravitationswellen-Signal. Neutronensterne jedoch führen einen subtilen Todestanz auf: Sie können einander sehr nahe kommen, und aus den Gravitationswellen lässt sich ablesen, wie sie immer schneller umeinander kreiseln, bis sie schließlich verschmelzen - darum dauerte die Messung im August so lange. In der Kollision wird massenhaft Materie nach draußen geschleudert. Kernreaktionen finden statt, in denen Elemente entstehen, die schwerer sind als Eisen, etwa Gold, Platin oder Blei. Dieses heiße Material verteilt sich dann im All, und sendet Licht aus. Dabei entstehen auch die Gammastrahlen-Blitze.

Mit Hilfe der Gravitationswellen können Astronomen das All jetzt auch belauschen

Bislang hatte jedoch niemand so etwas je beobachtet. Erst jetzt ist klar, dass solche Ereignisse tatsächlich eine Quelle von Gammablitzen und schweren Elementen sind. Und die Messung erlaubt erstmals, Neutronensterne näher zu untersuchen. Ohne die Gravitationswellen wäre man niemals rechtzeitig auf das Ereignis aufmerksam geworden - daher jubeln Astronomen nun so. "Mit den bisherigen Teleskopen haben wir sozusagen nur sehen können, aber der größte Teil des Weltalls ist dunkel", sagt Karsten Danzmann vom Albert-Einstein-Institut in Hannover, dessen Team an der Messung beteiligt war. "Mit Gravitationswellen-Detektoren können wir nun auch hören." Dass eine solche Messung so schnell gelingen würde, hätten er und seine Kollegen nie zu hoffen gewagt: "Wir haben großes Glück gehabt, dass die Kollision fast zum Anfassen nahe war, sonst wäre das Signal zu schwach gewesen."

Künftig jedoch könnten solche gleichzeitigen Messungen häufiger vorkommen: Derzeit werden die Detektoren optimiert, dafür bleiben sie rund ein Jahr lang abgeschaltet. Danach sollen sie ihre Empfindlichkeit verdoppeln, das vergrößert den Messbereich drastisch. Aber auch während der Ruhepause könnte es weitere Erfolgsmeldungen geben, noch werten die Forscher weitere verdächtige Daten aus. Gravitationswellen sind in der Praxis angekommen, und sie werden die Astronomie für immer verändern.

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Quelle:
SZ vom 17.10.2017
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