Neu im Catch-up Service: Gravitationswellen

Mit dem Nobelpreis 2017 erhält der Physiker Rainer Weiss den Lohn für sein Lebenswerk

Der Nobelpreisträger Rainer Weiss, geboren 1932 in Berlin, gehört zur Physiker-Elite der USA. Nach abenteuerlicher Laufbahn wurde er vom Radiotechniker zum Gravitationswellenforscher.

Nach Einsteins Relativitätstheorie waren solche Gravitationswellen vorausgesagt worden. Sie gehören zur elementaren Struktur, in der das Universum „atmet“ und „singt“. Aber nur in extremen Ausnahmefällen, nämlich bei ungeheuer massierten und zugleich beschleunigten Massen werden solche Wellen für Geräte beobachtbar, die wir auf unserer Erde besitzen. Dass jetzt eine solche Beobachtung von Gravitationswellen gelang, gehört zu den Sensationen der modernen Astrophysik, die derzeit ihre Goldgräberjahre erlebt. Die Anlagen zur Messung solcher Gravitationswellen ziehen sich kilometerlang durch das Gelände, müssen auf mehreren Kontinenten gleichzeitig beobachten und finden ihre Unterstützung im Orbit durch Satelliten. Auslöser für die Gravitationswellen, die jetzt beobachtet wurden, waren extrem dichte Himmelskörper, sogenannte Neutronensterne, die in einem Doppelsternsystem einander immer schneller umkreisten und dann in einer gewaltigen Explosion verschmolzen. Auch kollidierende Schwarze Löcher können Gravitationswellen in von uns messbarer Weise erzeugen. Gravitationswellen bilden für die astrophysikalische Forschung ein Scheunentor für die Erkenntnis des Universums als Ganzem und vor allem für dessen Anfänge unterhalb der ersten Sekunde unserer „Weltzeit“.

Prof. Dr. Rainer Weiss ist einer der maßgebenden Forscher, die in diesem Jahr die drei für die Gravitationswellenforschung ausgeteilten Nobel-Preise erhielten.

Begegnung mit Prof. Dr. Rainer Weiss vom MIT in Boston.

► Gravitationswellen (10 vor 11, Sendung vom 08.01.2018)


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► Neuestes vom Urknall

Die beobachtbare Expansion des Kosmos (nur die Leere zwischen den Galaxien dehnt sich aus, diese selbst werden durch ihre Gravitation zusammengehalten) und die Entstehung der Welt stellt den Astrophysikern und Kosmologen wichtige Fragen. Gibt es Universen vor dem Urknall? Wie kommt es zur “kosmischen Inflation”? Wird es ein Ende der Welt geben oder geht der Kosmos nur in andere Welten über? Es geht um den authentischen Fingerabdruck des Urknalls. Nach neuesten Hypothesen ist er kein Anfang, sondern ein “Durchgang”, der sich u.U. in 1000 Milliarden Jahren wiederholen kann. String-Theorie, Gravitationswellen und die kosmische Hintergrundstrahlung sind die Themen, mit denen sich die moderne Kosmologie befasst. Der neue Planck-Satellit trägt zur Vermessung der Hintergrundstrahlung und ihrer Unregelmäßigkeiten erstaunlich Neues bei.

Dr. Jean-Luc Lehners, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, berichtet.


► Mit 200 km/Sek. auf und davon

Fixsterne sind ein falscher Begriff. Alle Sterne und vor allem die Sternenhaufen und Galaxien befinden sich in permanenter, lebhafter Bewegung. Der Astrophysiker Noam Libeskind ist ein Experte für sogenannte Zwerggalaxien. Solche kleineren Sammlungen von Sternen umgeben z.B. unsere Milchstraße. Von besonderer Schönheit sind am Südhimmel die Große und Kleine Magellansche Wolke. Es gibt aber auch merkwürdige Einzelgänger und Zwerg- Galaxien, die die Milchstraße nicht umrunden, sondern sich von ihr entfernen: z.B. die Zwerggalaxis Leo I, die rasant mit 200km pro Sekunde in Richtung Virgo-Haufen von unserer Galaxie davonzieht. Zwischen der lokalen Gruppe, zu der unsere Milchstraße gehört und dem riesenhaften Virgo-Superhaufen, einer gewaltigen Sammlung von Galaxien, besteht eine Art Materiebrücke, gestützt auf die Gravitation DUNKLER MATERIE, an deren Rand oder „Schelf“ Galaxien gerne siedeln.

Begegnung mit dem Astrophysiker Noam Libeskind, Leibniz Institut für Astrophysik Potsdam.


► Sternenwind und Gammablitz

Wir Bewohner der zivilen Erde können uns einige der extremen und exotischen Zustände im Universum nicht vorstellen. Das gilt z.B. für Überriesen von bis zu 100 Sonnenmassen, die im Krisenfall in Bruchteilen einer Sekunde explodieren und ihre Materie als Sternenwind im Raum verstreuen. Ein anderes Beispiel sind die seltenen, aber kompakten Systeme von zwei Neutronensternen, die einander eng umkreisen. Auch hier kann es zu einer gewaltigen Explosion kommen, oder zur Bildung eines Schwarzen Loches. Überhaupt geben die Gravitationsfallen, denen kein Licht entkommt und die wir Schwarze Löcher nennen, nach wie vor Rätsel auf. Keine Theorie weiß, sagt der Astrophysiker Hans-Thomas Janka, was innerhalb eines Schwarzschild-Radius, nämlich im Schwarzen Loch, tatsächlich geschieht.

Sternenwind gibt es bei allen Sonnen. Vermutlich werden von einem solchen Partikelstrom in Zukunft einmal Raumschiffe mit großen „Segeln“ angetrieben werden. Rasanter als der Sternenwind sind die Gammablitze. Sie sind die energiereichste Erscheinung im Kosmos. Erfolgt ein Gammablitz in der Entfernung von 1.000 Lichtjahren von unserem Sonnensystem, hätte er eine tödliche Wirkung auf uns. Die Annahme ist berechtigt, dass eines der fünf großen Massensterben in der Evolution des Lebens auf der Erde, die alle 300 Millionen Jahre festzustellen sind, auf die Strahlung eines Gammablitzes zurück zu führen ist.

Dr. Hans-Thomas Janka, vom Max Planck Institut für Astrophysik in München-Garching, berichtet.


► Kosmisches Raubtier

Im Herzen der Milchstraße lauert ein ungeheures schwarzes Loch mit der Anziehungskraft von 4 Millionen Sonnenmassen. Eine Arbeitsgruppe im Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München befasst sich mit den turbulenten Bewegungen der Sterne und Gaswolken, die diese Gravitationsfalle in großer Nähe umrunden. Von dem schwarzen Loch selbst erfahren die Messgeräte nur durch die Radioquelle Sagittarius A-Stern. Die Wirkung der selbst nicht sichtbaren Masse des Himmelskörpers lässt sich daraus schließen, dass die nahen Sterne Geschwindigkeiten von bis zu 10 000 km/Sekunde erreichen. Zu beobachten ist vor allem auch eine Gaswolke, die sich rasant dem Schwerkraftzentrum nähert und vermutlich seine Substanz bereits in diesem und im kommenden Jahr auf die Ränder des supermassiven Objekts abzuregnen beginnt.

Der Astrophysiker Dr. Stefan Gillessen, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, berichtet.

Spannend und informativ.