Unsere Welt zu verstehen:  Pulsare Gravitationswellen

 

 
Wie Pulsare helfen, Gravitationswellen zu messen

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Pulsare — schnell rotierende Sterne, die wie Leuchtfeuer wirken — sind nicht nur Quelle von Gravitationswellen, sondern können auch helfen, solch kosmische Erschütterungen nachzuweisen — und zwar prinzipiell andere, als jene, die mit ergebundenen oder auf Satelliten installierten Messapparaturen nachweisbar sind:
 
Schon mit Hilfe von 40 bis 50 über den gesamten Himmel verteilter Millisekunden-Pulsare (seit 1982 bekannt) lassen sich im Prinzip Gravitationswellen mit Wellenlängen von bis zu 50 Lichtjahren aufspüren. Jede Kollision supermassereicher Schwarzer Löcher oder der Zusammenstoß von Galaxien erzeugt solche Wellen.
 
Die Idee zu solcher Messmethodik hatten man schon 1990, aber erst seit 2004 wird in großem Maßstab nach derart langwelligen Signalen gesucht.
 
 
Das Prinzip ist einfach: Gravitationswellen ändern den Abstand zwischen Erde und Pulsaren geringfügig und beeinflussen damit die Ankunftszeit der vom Pulsar ausgesandten Lichtsignale geringfügig.
 
Zu erwarten sind Wellenamplituden von etwa 10^-15 für ein Signal mit der Frequenz von einer Schwingung pro Jahr.
 
Dafür müssen allerdings einige Jahre lang die Pulsfrequenzen mit einer Präzision von mindestens einer Zehnmillionstel Sekunde registriert werden.
 
Das ist eine große Herausforderung, doch Astronomen werden das bald können — ihre Telekope müssen nur noch um einen Faktor 3 empfindlicher werden.
 
 
 
Aber auch nichts zu finden, ist eine Aussage:
 
Bisherige, noch weniger genaue Messungen waren keineswegs vergeblich: Sie haben — eben weil man nichts fand — nach erst 9 Jahren Messzeit schon mal Obergrenzen für die Zahl supermassereicher Schwarzer Löcher und für die Stärke ihres Gravitationswellenhintergrunds ergeben.
 
Dies hilft, Vorhersagen bestimmter Entwicklungsmodelle für Galaxien auszuschließen.
 
 
NANOGrav mit den Teleskopen von Greenbank und Arecibo hat derzeit 54 Pulsare im Visier, was einem Detektor mit einem Durchmesser von 3000 Lichtjahren entspricht.
 
Durch das geplante weltweite Zusammenschalten solcher sog. Pulsar Timing Arrays (PTAs) wird sich demnächst ein noch weit größerer, den gesamten Himmel umfassender Detektor ergeben.
 
 
 
Quelle: Rüdiger Vaas: Signale der Schwerkraft (2017), S. 32-35