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Gravitationswellen sind Wellen in der Raumzeit selbst. Der Raum selbst beginnt zu schwingen. Wir sind uns ziemlich sicher, dass es sie gibt. Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sagt ihre Existenz voraus und Messungen an Pulsaren zeigten indirekt, dass es sie wirklich gibt. Bis jetzt ist es aber (vermutlich) noch nicht gelungen, diese Wellen direkt zu beobachten.

Mit einem gewaltigen “Observatorium”, so groß wie unsere Milchstrasse und zusammengesetzt aus vielen Sternen soll sich das bald ändern.


Ein Pulsar ist ein toter Stern. Nachdem sein ganzer Brennstoff aufgebraucht wurde und der Stern in einer Supernova vergangen ist, ist nur eine kleine Kugel aus extrem verdichteten Material übrig geblieben: ein Neutronenstern. So ein rotierender Neutronenstern kann aus unserer Sicht wie ein Leuchtturm aussehen, der in äußert regelmäßigen Abständen Signale aussendet. Das passiert immer dann, wenn die Symmetrieachse des Magnetfelds von der Rotationsachse abweicht. Die Magnetfeldlinien durchqueren bei jeder Rotation dann das Gas des Pulsars und erzeugen dabei elektromagnetische Strahlung die in einem kegelförmigen Strahl abgebenen wird – so wie bei einem Leuchtturm.

Diese Pulsationen sind extrem regelmäßig. Wenn nun allerdings eine Gravitationswelle den Pulsar durchquert, dann wird auch er verzerrt und blinkt kurzfristig nicht mehr so, wie er sollte. Ein Netzwerk aus Pulsaren kann also dazu dienen, Gravitationswellen zu beobachten.

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Bild: NANOgrav

Genau das ist das Ziel von NANOgrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves). Natürlich ist es nicht so einfach, wie es klingt.

Erstmal muss man geeignete Pulsare finden, die sich von der Nordhalbkugel vernünftigt beobachten lassen und die auf die geignete Art und Weise pulsieren. Dann muss man noch fähig sein, diese Pulsationen genau genug zu messen um eventuelle Abweichung registrieren zu können, die von Gravitationswellen verursacht werden. Das schaffen wir jetzt noch nicht.

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Aber zukünftige Radio-Großteleskope wie das Allen Telescope Array oder das Square Kilometre Array wären dazu in der Lage.

Die wissenschaftliche Resultate einer “Gravitationswellenastronomie” wären natürlich potentiell enorm. Man könnte damit ganz neue Gebiete untersuchen und bekannte Gebiete auf ganz neue Art und Weise. Die Leute von NANOgrav erhoffen sich z.B. neue Erkenntnisse über das Zusammenspiel und die Entwicklung von Galaxien und den supermassiven schwarzen Löchern in ihrem Zentrum. Auch kosmologische Themen wie Inflation können besser verstanden werden und vielleicht lassen sich mit der Gravitationswellenastronomie auch endlich ein paar Vorhersagen der String-Theorie bestätigen. Man könnte auf neue physikalische Effekte stoßen – z.B. Abweichungen von der klassischen Gravitationstheorie (hier kann man alles im Detail nachlesen).

Wenn alles nach Plan läuft, dann soll NANOgrav 2020 mit der eigentlichen Arbeit beginnen können. Und bevor sich wieder jemand über die Kosten beschwert: das ganze Projekt gibt es für vergleichsweise läppische 45 Millionen Euro.

Wenn man bedenkt, wie sehr sich die Astronomie jedesmal gewandelt hat, als man ein neues “Fenster” zum Himmel geöffnet hat (Radioastronomie, Mikrowellenastronomie, Infrarotastronomie, Röntgenastronomie), dann kann man auf die vielleicht ersten Schritte auf dem neuen Gebiet der Gravitationswellenastronomie gar nicht gespannt genug sein!

(via arXiv-Blog)

Kommentare (5)

  1. #1 nihil jie
    15. September 2009

    weiss man eigentlich wie gross die wellen sind… also welche “wellenlänge” sie haben ?
    weil was nutz einem ein messgerät oder eine anordnung von objekten die sie messen sollen aber deren räumliche anordnung zb. kleiner ist als die raumdeformation selbst…
    mein gedanke: wenn zb. so ein interferometer kleiner wäre als die raumdeformation selbst… also wenn es von der welle erfasst und vollständig umfasst wäre würde die welle die anordnung selbst “deformieren”… würde sie dann noch brauchbare ergebnisse liefern ? anders gesagt… würde die anordnung dann immer noch die laufzeitsignale des lichts messen können wenn sie sich im gekrümten raum der deformation verlängern oder verkürzen, und zwar wenn die messgeräte sich selbst noch in der deformation befinden ?
    ich weiss ist ne komische frage aber mich würde die antwort schon interessieren… 🙂

  2. #2 rolak
    15. September 2009

    Och, die Gravitationswellen dürften sich auch an E=hν=hc/λ halten (Das ν ist ein nu). Wellenlänge ist bei einem Kreuzinterferometer auch nicht das Problem, sondern allgemein die eklatante Schwäche der gravitativen Wechselwirkung. Das fordert sehr große Laufstrecken für meßbare Ergebnisse – da ist diese Art galaktischer Torsionsspiegel wohl eine echte Alternative…

  3. #3 nihil jie
    16. September 2009

    @rolak

    danke… 😉

  4. #4 haarp
    16. September 2009

    arghh, Gravitationswellen!
    Ich kann diese Wellen nicht richtig einordnen.
    D.h. existieren solche Wellen auch in der klassischen Newtonschen Mechanik?
    Etwa so: wir haben einen unendlich ausgedehnten Raum mit gleicher Zeit an allen Punkten. (Das Modell ist hier also sowas wie R^4, keine Kruemmung, keine Tricks).Es gelten Newtons Axiome und sein Gravitationsgesetz. Dieser Raum enthaelt ein System aus zwei Massepunkten, die um ihren
    gemeinsamen Schwerpunkt kreisen, und sonst keine weiteren Massen.
    => Die Gravitationsfeldstaerke ist in fast jedem Punkt eines solchen Universums zeitlich nicht konstant. Sind das schon die o.g. Gravitationswellen?
    Wenn ja, transportieren die Energie weg vom Zweikoerpersystem?
    Ist sein Schicksal dasgleiche wie das des Rutherfordschen Atoms?
    Haengt das Schicksal dieses Zweikoerpersystems eventuell von der Existenz weiterer
    Massen ab, die die durch die Gravcitationsfluktuationen transportierte Energie “verbrauchen” indem sie beschleunigt werden?
    Oder sind die o.g. Gravitationswellen im Newtonschen Weltbild nicht beschreibbar?
    Wer kann mich aufklaeren?

    verwirrt: haarp

  5. #5 Karl Mistelberger
    19. September 2009

    “[But] we know we need to build an exabyte machine for the SKA over the next 10 years — that’s 50 times larger and equivalent to about 1 billion PCs — so, that gives you a sense of the size of the problem.”

    http://www.computerworld.com.au/article/319128/ska_telescope_provide_billion_pcs_worth_processing