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„Rippel“ in der Raumzeit

Gravitationswellen als Prüfsteine für die Theorie

Großes Interesse an dem Studium von Gamma Ray Bursts haben aber auch die Gravitationswellenforscher. Dies äußerte sich auch darin, dass die Deutsche Forschungsgemeinschaft den Ringberg- Workshop über ihren Sonderforschungsbereich- Transregio 7 „Gravitational Wave Astronomy“ mitfinanziert hat. Verschmelzende Neutronensterne und Schwarze Löcher gehören zu den stärksten Quellen von Gravitationswellen und damit zu den Top-Kandidaten für deren Nachweis.

Gravitation als "verbogene" Geometrie der Raumzeit © MMCD

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt die Existenz von Gravitationswellen vorher, doch bislang ließen sie sich noch nie direkt nachweisen. Sie gelten deshalb als ein bedeutender Prüfstein für die heutige Theorie der Gravitation. Hierin erzeugt jeder Körper um sich herum eine Raummulde, ähnlich wie eine Kugel auf einem Gummituch. Gerät ein anderer Körper in diesen gekrümmten Bereich hinein, weicht er von seiner geradlinigen Bewegung ab und folgt der Krümmung. Dies erweckt den Anschein, als würden sich beide Körper mit einer unsichtbaren Kraft – der Schwerkraft – anziehen. Auch Licht läuft auf einer krummen Bahn durch ein Gravitationsfeld hindurch.

Stauchung und Dehnung mit Lichtgeschwindigkeit

Gravitationswellen entstehen immer dann, wenn eine Materieverteilung beschleunigt ihre Form ändert. Dann überlagert sich dem gekrümmten Raum eine rippelartige Struktur, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Man kann sie sich ähnlich vorstellen wie Wellen auf der Oberfläche eines Gewässers. Verschmelzen zwei massereiche Körper miteinander, wird schlagartig eine gewaltige Gravitationswelle ins All abgestoßen. Läuft die Gravitationswelle über die Erde hinweg, so staucht sie kurzzeitig den Raum, das heißt, die Abstände zwischen allen Objekten ändern sich.

Dieses Phänomen konnte noch nie direkt nachgewiesen werden, weil es unvorstellbar klein ist: Stauchung und Dehnung machen nur den Bruchteil eines Atomkerndurchmessers aus. Mit der deutsch-britischen Gravitationswellen- Antenne GEO 600 in Ruthe bei Hannover und den zwei LIGOAnlagen in den USA erreichen die Forscher erstmals die enorme Empfindlichkeit, um diese rhythmische Raumstauchung zu messen.

Ein Schwarzes Loch verzerrt die Raumzeit so stark, dass Licht nicht mehr entweichen kann und "verschluckt" wird (unten) © MMCD

Bestätigung für Einstein und Beleg von GRB-Ursprung

Gelänge der Nachweis, so könnte man zum einen Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie überprüfen; zum anderen beinhalten die Gravitationswellen Informationen über die astrophysikalischen Vorgänge, wie man sie auf keinem anderen Wege erhält. Nur so wird es etwa möglich sein, den Zusammenhang von kurzen Gammablitzen und verschmelzenden Doppelsternen eindeutig zu belegen.

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„Zurzeit können wir mit GEO 600 Längenänderungen von zehn hoch -19 Metern messen, das entspricht einem Zehntausendstel des Durchmessers eines Protons. Damit können wir verschmelzende Neutronensterne und Schwarze Löcher bis zum Rand des Virgo-Galaxienhaufens nachweisen“, erklärt Peter Aufmuth vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein- Institut) in Golm. Eine Verbesserung der Empfindlichkeit um einen Faktor zwei würde GEO 600 in den Bereich des rund 70 Millionen Lichtjahre entfernten Virgo-Haufens bringen und die Anzahl der Galaxien im Messbereich um weit mehr als tausend erhöhen.

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Stand: 02.11.2007

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Nur der Urknall war stärker
Gamma Ray Bursts – das Rätsel der kosmischen Megaexplosionen

Eine zufällige Entdeckung
Kosmischen Blitzen auf der Spur

Nachglühen im Visier
Wie entstehen Gamma Ray Bursts?

Doch keine Supernova?
Suche nach den Ursachen der kurzen Bursts

Ein Stern in der Lebenskrise
Verschmelzung zweier Neutronensterne als Ursache

Von Gammastrahlen und Geisterteilchen
Bursts als Ursprung von Neutrinoemissionen

„Rippel“ in der Raumzeit
Gravitationswellen als Prüfsteine für die Theorie

An den Grenzen der Technik
Vorgänge zu komplex für heutige Modelle und Simulationen

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