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StartseiteForschung aktuellGravitationswellen bringen kosmologische Hypothesen zu Fall15.01.2018

Todesstoß für TheorienGravitationswellen bringen kosmologische Hypothesen zu Fall

Seit zwei Jahren halten die Gravitationswellen die Fachwelt in Atem: Erstmals wurde das schwache Zittern der Raumzeit gemessen, das entsteht, wenn irgendwo im Weltall zwei gewaltige Himmelskörper zusammenstoßen. Ein Füllhorn an wissenschaftlichen Erkenntnissen - auch der, dass so manche kosmologischen Theorie vor dem Aus steht.

Von Frank Grotelüschen

Optische Darstellung einer Simulationsrechnung, wie zwei verschmelzende Neutronensterne Gravitationswellen abgeben Bildrechte: Numerisch-relativistische Simulation: T. Dietrich (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik) und BAM-Kollaboration Wissenschaftliche Visualisierung: T. Dietrich, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik) (T. Dietrich, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), BAM-Kollaboration)
Optische Darstellung einer Simulationsrechnung, wie zwei verschmelzende Neutronensterne Gravitationswellen abgeben (T. Dietrich, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), BAM-Kollaboration)
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16. Oktober 2017. Bei einer Pressekonferenz in Washington, D.C., verkündet David Reitze, Leiter des US-Experiments LIGO, die Entdeckung eines aufregenden Gravitationswellen-Signals. 

"We did it again. But this time we all did it."

Ein Füllhorn an Erkenntnissen

Zwei Monate zuvor, am 17. August, hatten die LIGO-Gravitationswellen-Detektoren ein Signal aufgeschnappt, das von der Kollision zweier Neutronensterne herrührt. Das sind die Überreste explodierter Riesensterne, unfassbar massiv und kompakt. Zeitgleich hatten auch andere Teleskope den kosmischen Gewaltakt beobachtet - und zwar auf anderen Kanälen, mit Licht, Infrarotstrahlung, Radiowellen und Röntgenstrahlung. Die Ausbeute: ein Füllhorn an Erkenntnissen, so Bruce Allen, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover.

"Wir wissen nun im Detail, wie sich die Kollision zweier Neutronensterne abspielt und wie sie zu einem Schwarzen Loch verschmelzen. Außerdem konnten wir die Hubble-Konstante neu vermessen, also wie schnell das Universum expandiert. Und wir haben gezeigt, dass bei der Kollision von Neutronensternen schwere chemische Elemente wie Gold und Platin entstehen."

Alternative Theorien zu Einsteins Allgemeiner Relativität

Doch nun, quasi im Nachgang der Entdeckung, zeigt sich eine weitere Konsequenz: ein regelrechtes Massensterben von Theorien, die es mit der Theorie überhaupt aufnehmen wollten - Einsteins Allgemeiner Relativität. Die bewährte Basis der Kosmologie, die aber dennoch nicht alles erklären kann.

"Es gibt ein paar Sachen, die nicht sehr schön sind am heutigen Bild des Universums: Um seine Entstehung und seine Form zu verstehen, müssen wir von der Existenz einer neuartigen Materieform ausgehen, der dunklen Materie. Und um zu erklären, warum sich das Weltall offenbar immer schneller ausdehnt, müssen wir eine neue Form von Energie postulieren, die dunkle Energie."

Manchen Experten erschien das zu willkürlich. Sie zweifelten daran, dass Einsteins Theorie in ihrer jetzigen Form überhaupt stimmt - und schufen deshalb Alternativen mit kryptischen Namen wie MOND, TeVeS oder massive Gravitation.

Gamma-Blitz und Gravitationswellen gleichzeitig registriert

Hypothetische Modelle, von denen einige nun vor dem Aus stehen, sagt Allen. Denn nahezu zeitgleich mit den Gravitationswellen hatte ein Satellit namens Fermi einen sogenannten Gamma-Blitz registriert, der höchstwahrscheinlich von derselben Neutronenstern-Kollision in 130 Millionen Lichtjahren Entfernung herrührte.

"Bei Einsteins Theorie reisen Gravitationswellen ebenso schnell wie das Licht, mit knapp 300.000 Kilometern pro Sekunde - und damit ebenso schnell wie der Gamma-Blitz. Genau das versetzt bestimmten alternativen Theorien den Todesstoß. Denn ihnen zufolge hätten Gammablitz und Gravitationswellen mit einem Zeitversatz von vielen Jahren bei uns ankommen müssen."

"Alles spricht für Einsteins Theorie"

So schnell aber dürften sich die Theoretiker nicht geschlagen geben. Schließlich gibt es in ihren Modellen so manches Schräubchen, an dem sich drehen lässt, um die Theorie an die neuen Messdaten anzupassen und damit eventuell noch zu retten. Neue Fakten, an denen sich diese modifizierten Theorien dann messen können, soll es Ende 2018 geben. Dann werden die Detektoren LIGO in den USA und Virgo in Italien wieder auf der Lauer liegen, um mit besserer Empfindlichkeit nach Gravitationswellen zu lauschen und eine breitere Datenbasis zu schaffen. Für Bruce Allen jedenfalls scheint die Sache schon jetzt ziemlich klar.

"Wäre ich ein Investor, würde ich im Moment kein Geld in diese alternativen Theorien stecken. Denn alles spricht dafür, dass Einsteins Theorie wirklich zutrifft."

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