Unsere Welt zu verstehen:  Gravitationswellen

 

 
Seit wann weiß man sicher von Gravitationswellen?

— hmsgnr0442z

 
 
Ob Einsteins allgemeine Relativitätstheorie (ART) die Existenz von Gravitationswellen vorhersagt oder nicht, war lange strittig:
 
Einstein selbst kam mehrfach zu unterschiedlichem Ergebnis, das er aber stets widerrufen musste, nachdem er selbst oder andere in seinen Überlegungen Rechenfehler entdeckt hatten.
 
Erst 1957 — 2 Jahre nach Einsteins Tod — konnte Hermann Bondi vom King's College in London (in Zusammenarbeit mit Felix Pirani, Rainer Sachs, Ivor Robinson und Roger Penrose) endgültig einsehen, dass die ART Gravitationswellen vorhersagt.
 
[ Bondi meinte nach dem Durchbruch, Gravitationswellen seien so real, dass man damit im Prinzip Wasser erwärmen könne. ]
 
 
Heute unterscheidet man — messtechnischer Gründe wegen — 3 Arten solcher Wellen:

 

• Bursts: Das sind kurze, nur Bruchteile von Sekunden andauernde Emissionen von Gravitationswellen hoher Frequen (= größer 10 Hertz). Nur sie sind mit erdgebundenen Detektoren messbar — und 2015 erstmals gemessen worden.
   
  Ihre Ursache sind
   
  
  • gewaltige Explosionen (Supernovae) verbunden mit dem Zusammensturz ihres Zentralbereis zu einem Neutronenstern oder Schwarzen Loch (wenige solcher Ereignisse pro Jahr im Umkreis von 100 Mio Lichtjahren)
     
  • der Kollaps eine Sternhaufens zu einem galaktischen Schwarzen Loch (wenige solcher Ereignisse pro Jahr im beobachtbaren Universum)
     
  • die Kollision schwerer Himmelskörper — Sterne oder Schwarzer Löcher — nachdem sie sich auf spiralförmiger Bahn immer mehr angenähert haben (einige solcher Ereignisse pro Jahr im Umkreis von 100 Mio Lichtjahren)
  
   
• Periodische Gravitationswellen: Sie haben niedrige Frequenz — 10^-5 bis 10 Hertz — und können, der seismischen Störungen auf der Erde wegen, nur durch Satelliten-Inferometer im Weltall nachgewiesen werden, die schon heute in der Lage wären, Abstandsänderungen bis hinunter zu 20 Billionstel Meter zu messen.
   
  Ursprung solcher Wellen sind
   
  
  • Sich umkreisende Doppelsterne,
     
  • rotierende Neutronensterne (Pulsare),
     
  • Vibrationen von Neutronensternen.
  
   
• Der stochastische Gravitationswellenhintergrund: Er hat Frequenzen von unter 10^-5 Hertz und entsteht durch Überlagerung vieler ferner periodischer Vorgänge sowie schwacher, weit entfernter Ereignisse.
   
  Phasenübergänge im frühen Universum oder Relikte des Urknalls würden besonders interessante Hauptverursacher sein.

 
 
Quelle: Rüdiger Vaas: Signale der Schwerkraft (2017), S. 19-22 und 10-11