Allgemein, Physik

Beobachtung von Gravitationswellen – Der Nobelpreis in Physik 2017

Der Nobelpreis für Physik war vermutlich dieses Jahr der vorhersehbarste. Wenn es gelingen würde, Gravitationswellen zu beobachten, stünden die Chancen, einen Nobelpreis dafür zu erhalten, extrem gut. Und so war ich persönlich nicht besonders überrascht, dass der diesjährige Nobelpreis in Physik für genau diesen Verdienst vergeben wurde. Der Nobelpreis geht zur Hälfte an Rainer Weiss (LIGO/VIRGO Collaboration) und zur anderen Hälfte an Barry C. Barish (LIGO/VIRGO Collaboration) und Kip S. Thorne (LIGO/VIRGO Collaboration)

„for decisive contributions to the LIGO detector and the observation of gravitational waves“.

Im folgenden möchte ich euch die drei Herren kurz vorstellen und vor allem etwas zu ihrer Arbeit sagen, die geehrt wird!

Gravitationswellen wurden vor rund 100 Jahren von Albert Einstein im Zuge seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Selbst glaubte er übrigens nicht wirklich daran, dass man sie jemals beobachten könnte. Auch Einstein kann aber irren und so war es am 14. September 2015 tatsächlich soweit: Das erste Mal wurden Gravitationswellen auf der Erde gemessen! Aber erst am 11. Februar 2016 gaben die Forscher ihre Beobachtung bekannt. Bis dahin hatten sie sich die Zeit genommen, die Ergebnisse zu überprüfen, um wirklich sicher gehen zu können, dass es sich bei ihrer Beobachtung um Gravitationswellen handelt. Was an diesem Tag gemessen wurde, waren die Wellen, die nach der Kollision zweier Schwarzer Löcher vor 1,3 Milliarden Jahren durch die Raumzeit geschickt worden waren. Das kann man sich anschaulich ein bisschen so vorstellen wie die Wellen, die entstehen, wenn ein Tropfen Wasser auf Wasseroberfläche aufschlägt.

Was ich bei der näheren Beschäftigung mit der geehrten Arbeit fast noch spannender fand, waren die Ableitungen, die aus den Beobachtungen und Daten gemacht werden konnten. Die Forscher konnten beispielsweise ableiten, dass die beiden Schwarzen Löcher 29, beziehungsweise 35 mal so schwer wie unsere Sonne waren, aber nicht mehr als 200 Kilometer Durchmesser hatten. Nach ihrer Kollision hatte das neue Schwarze Loch ungefähr so viel Masse wie 62 Sonnen. Dadurch war es möglich, dass es für einen Bruchteil einer Sekunde soviel Energie in die Gravitationswellen schickte, wie drei Sonnenmassen. Für genau diesen Moment war dieses neue Schwarze Loch das am meisten strahlende Objekt des Universums. Dazu konnte man von dem beobachteten Strahlen sogar ableiten, woher es kam und konnte so feststellen, wo die Kollision stattgefunden hatte: 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernt von uns. Das heißt anders ausgedrückt, dass die Kollision vor 1,3 Milliarden Jahren stattgefunden hat. Auf der Erde fand zu diesem Zeitpunkt wohl gerade der Übergang von Einzellern zu Mehrzellern statt…

Die drei Wissenschaftler werden für die Beobachtung der Gravitationswellen geehrt und damit selbstverständlich insbesondere auch für den Bau des nötigen Interferometers LIGO. Diesen haben vor allem Weiss und Thorne maßgeblich mit entwickelt. LIGO misst die durch Gravitationswellen verursachten Laufzeitänderungen von Laserstrahlen. In der Zwischenzeit konnten noch zwei weitere Male Gravitationswellen von LIGO beobachtet werden und einmal von VIRGO – der europäischen Schwester und seit August 2017 Partnerin von LIGO.

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Rainer Weiss untersuchte bereits Mitter der 70er Jahre Gravitationswellen und entwickelte einen Detektor zur Beobachtung, der auch störende Hintergrundstrahlungen ausschließen würde. Auch Kip Thorne arbeitete bereits sehr früh an Gravitationswellen und beide waren sich einig, dass es möglich sein müsste, sie zu beobachten und dass diese Beobachtung unser Wissen über das Weltall revolutionieren würde.


Rainer Weiss wurde 1932 in Berlin geboren, verbrachte aber nur sehr wenige Jahre in Deutschland, bevor seine Familie in die USA auswanderte. Er ist Professor für Physik am MIT in Cambridge.
Barry Barish wurde 1936 in Omaha geboren und ist Professor für Physik am CalTech in Pasadena, von 1997 bis 2005 war er Direktor von LIGO.
Kip Thorne wurde 1940 in Utah geboren und hielt bis 2009 die Feynman Professur für Theoretische Physik am CalTech in Pasadena.

Kip Thorne, als er gerade herausgefunden hatte, dass ihm der Nobelpreis verliehen wird. Fotografiert von seiner Frau.

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Mehr über Gravitationswellen an sich gibt es dann im morgigen Artikel! Sobald er online ist, werde ich ihn hier verlinken.

LIGO steht übrigens für Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.

Zu diesem spannenden Thema könnte man noch lange, lange weiter schreiben… Bestimmt kommen wir auf dem Blog auch noch einmal darauf zurück. Wer sich schon einmal weiter informieren möchte, dem empfehle ich diese beiden sehr guten Artikel auf der Nobelpreisseite: Eine populärwissenschaftliche Sicht und eine deutlich wissenschaftlichere Abhandlung. Beide sind sehr lesenswert und ich habe sie beide als Informationsquelle für diesen Artikel verwendet.

Fun Fact: Für Gravitationswellen erhielten bereits 1993 Joseph Taylor und Russell Hulse einen Nobelpreis. Sie hatten durch ihre Entdeckung eines Pulsars in einem Doppelsternsystem den Energieverlust durch Gravitationswellen vermessen können und damit die Voraussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins bestätigt.

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Literatur zum Thema:
„Einstein in 30 Sekunden“ von Brian Clegg – vorgestellt hatte ich das Buch schon einmal HIER, bestellen könnt ihr es HIER.
„Astronomie – Die kosmische Perspektive“ von Bennett, Donahue, Schneider, Voit. Dies ist ein echter Brocken, aber sehr informativ, wenn man sich mit dem Thema beschäftigen möchte. Ihr könnt es beispielsweise HIER bestellen.
„Die Entdeckung der Gravitationswellen“ von Harald Lesch. Ich hatte noch keine Gelegenheit, einen Blick in dieses Buch zu werfen, aber es klingt spannend und bei Lesch kann man meist recht wenig falsch machen. Ihr könnt es beispielsweise HIER bestellen.

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