Gravitationswellen

Schub für die Erforschung der Gravitationswellen

Am Donnerstag konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des LIGO-Projekts den Nachweis der von Einstein vorhergesagten Gravitationswellen erbringen. Philippe Jetzer, Physik-Professor an der UZH, ist am Europäischen Projekt LISA beteiligt, das Gravitationswellen im All messen soll. 

Theo von Däniken

Philippe Jetzer, Physik-Professor an der UZH, ist Spezialist für die Relativitätstheorie Albert Einsteins. (Bild: sts)

Herr Jetzer, wie haben Sie die Nachricht vom Nachweis der Gravitationswellen aufgenommen?

Philippe Jetzer: Ich bin höchst erfreut, dass es dem LIGO-Team gelungen ist, mit einem erdgebundenen Experiment die Gravitationswellen nachzuweisen.

Wurmt es Sie nicht, dass LIGO nun Ihrem Experiment LISA zuvorgekommen ist?

Jetzer: Nein, auf keinen Fall. Die beiden Projekte stehen nicht in Konkurrenz zueinander, sondern ergänzen sich. LISA – Laser Interferometer Space Antenna –  soll dereinst Gravitationswellen im All nachweisen können. Wir sind nie davon ausgegangen, dass LISA der erstmalige Nachweis gelingen wird, denn die LISA-Satelliten sollen nach jetziger Planung ja erst im Jahr 2034 ins All geschossen werden.

LIGO – beziehungsweise Advanced LIGO – konnte dagegen schon im vergangenen Jahr mit den Messungen beginnen. Bei den Detektoren wurden grosse Fortschritte gemacht, deshalb wurde allgemein damit gerechnet, dass der Nachweis gelingen wird. Es wäre eher eine Überraschung oder Enttäuschung gewesen, wenn LIGO die Gravitationswellen nicht hätte nachweisen können. Dann hätten wir fundamentale Annahmen der Physik in Frage stellen müssen.

Welche Auswirkungen hat der Nachweis auf das LISA-Projekt?

Jetzer: Ich hoffe, dass der Nachweis LISA zusätzlichen Schub verleihen wird. Im Moment läuft mit LISA-Pathfinder die Mission, welche die technische Machbarkeit des LISA-Experiments prüft. Hier befinden wir uns gerade in einer heiklen  Phase, nächste Woche werden wichtige Operationen durchgeführt und nachher können erste Messungen zur Funktion des LISA-Experiments gemacht werden. Wenn diese Messungen gute Resultate liefern, dann kann ich mir vorstellen, dass zum Beispiel die USA als Partner ins Projekt einsteigen. Die zusätzlichen Gelder könnten bewirken, dass LISA schon vor 2034 ins All geschossen wird.

Welchen Beitrag kann LISA zur Erforschung der Gravitationswellen leisten?

 Jetzer: Das LIGO-Experiment arbeitet mit Detektoren, die eine Schenkellänge von vier Kilometern haben. Bei LISA wird diese Distanz eine Million Kilometer betragen. Das heisst, LISA wird Gravitationswellen in einem ganz anderen Frequenzbereich messen und nachweisen können, als erdgebundene Experimente. Die Gravitationswellen, die von LIGO erfasst wurden, stammen von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit ca. 30 Sonnenmassen.

LISA wird es ermöglichen, auch Supermassive Schwarze Löcher von mehreren hundert Millionen Sonnenmassen zu beobachten. Supermassive Schwarze Löcher existieren in den Zentren von Galaxien. In der Frühphase der Entwicklung des Universums waren die Galaxien viel näher beisammen, deshalb kam es viel häufiger zu Kollisionen zwischen Supermassiven Schwarzen Löchern. Mit LISA können wir die Spuren solcher Kollisionen nachweisen und erhalten damit Informationen zur Entwicklung der Galaxien und des Universums.

Was bedeutet der Nachweis der Gravitationswellen für die Physik?  

Jetzer: Zum einen ist es ein Beweis dafür, dass Einstein mit seiner Theorie recht hatte. Die neuen Möglichkeiten, Gravitationswellen nachzuweisen werden auch der Forschung zur Allgemeinen Relativitätstheorie und damit zu den Grundlagen der Physik weiter Auftrieb geben. Bereits jetzt laufen verschiedene Experimente, die zum Beispiel das Aequivalenz-Prinzip testen – eine wichtige Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie und damit der Grundgesetze der Natur. Auch LISA kann hier einen Beitrag leisten. Zum Beispiel können wir der Frage nachgehen, ob die Allgemeine Relativitätstheorie auch in starken Gravitationsfeldern stimmt.

Für das Projekt LISA (Laser Interferometer Space Antenna)werden zur Messung der Gravitationswellen drei Satelliten ins All geschossen, die ein gleichseitiges Dreieck mit je 1 Million Kilometer Kantenlänge bilden. Zwischen den drei Satelliten werden Laserstrahlen hin- und hergeschickt, die kleinste Bewegungen von drei Testmassen im Grössenbereich von Bruchteilen eines Atomkerns messen können. Auf diese Weise können Gravitationswellen im Bereich von 0,0001 bis 0,1 Hertz gemessen werden. LIGO (Laser Interferometer Gravitation Wave Observatory), das Messstrecken von vier Kilometern hat, kann Gravitationswellen im Bereich von 100 Hertz bis mehreren Kilohertz messen.

Theo von Däniken, Redaktor Abteilung Kommunikation

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