Spektrum der Wissenschaft - Oktober 2017

Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft. Nach dem Vor-

trag kam er zu mir und sagte: »Herr Danzmann, Sie kom-

men nach München und machen dort Gravitationswellen-

forschung.« Vier Monate später habe ich angefangen.

Wie groß war denn allgemein der deutsche Beitrag

an der Entdeckung der Gravitationswellen?

Heinz Billing, mein Vorgänger in der Max-Planck-Gesell-

schaft, gehörte weltweit zu den Pionieren. Er wäre sicher

für den Nobelpreis in Frage gekommen, ist aber leider

im Januar 2017 verstorben. Seine Gruppe hat bis Ende der

1980er Jahre alle Empfindlichkeitsrekorde in der Laser-

interferometrie gehalten. Damals arbeitete man allerdings

noch mit vergleichsweise kleinen Interferometern, die

allenfalls einige Dutzend Meter groß waren – und daher

keine Chance hatten, die Erschütterungen der Raumzeit

nachzuweisen. Das waren aber letztlich essenzielle Vor-

arbeiten für LIGO.

Wieso ist das Riesen-Interferometer dann nicht in

Deutschland gebaut worden?

Uns kam die Wiedervereinigung dazwischen. Danach

fehlte für viele Jahre auf Bundesebene das Geld für Groß-

projekte in der Grundlagenforschung. Wir haben 1995 mit

dem Land Niedersachsen, der Volkswagenstiftung und der

Max-Planck-Gesellschaft in Ruthe bei Hannover immerhin

den 600 Meter langen Gravitationswellendetektor GEO600

gebaut. Er dient vor allem dazu, Technologie zu testen.

Eigentlich alles, was wir in Hannover entwickelt haben,

kommt heute in Advanced LIGO zum Einsatz.

Wie sicher waren Sie und Ihre Kollegen im Vorfeld

der Inbetriebnahme , dass man mit dem Instrument

tatsächlich Gravitationswellen auffangen würde?

Es war klar, dass wir die Wellen irgendwann finden wür-

den. Aber wann, das konnte niemand wissen. Uns hat vor

allem überrascht, dass es so schnell ging. Insgesamt

hatten wir großes Glück: Advanced LIGO hatte im Sep-

tember 2015 erst ein Drittel seiner angepeilten Empfind-

lichkeit erreicht. Und dann trafen wenige Tage, nachdem

wir den Detektor angeschaltet hatten, enorm starke Gravi-

tationswellen die Erde. Mit solch einem Signal hatten wir

auch deshalb nicht gerechnet, weil wir die zugehörigen

Quellen nicht kannten.

Aber Schwarze Löcher sind doch seit Jahrzehnten

bekannt.

Ja, das schon. Die Gravitationswellen vom 14. September

gingen allerdings auf die Kollisionen zweier gigantischer

Exemplare zurück, deren Masse wir auf das 36- bezie-

hungsweise 29-Fache unserer Sonne schätzen. Solche

ungeheuren Objekte dürfte es gemäß der Standardtheorie

der Sternentwicklung eigentlich gar nicht geben.

Wieso nicht?

Nach dem, was wir sicher über den Kollaps schwerer

Sterne wissen, entstehen dabei vermutlich keine Schwar-

zen Löcher mit einer Masse von mehr als 15 Sonnen-

massen. Alle stellaren Schwarzen Löcher, die Astronomen

vor der Inbetriebnahme von Advanced LIGO mit Telesko-

pen entdeckt haben, sind leichter. Denn sobald ein Stern

so massiv ist, dass er am Ende seiner Lebenszeit ein

derartiges Monstrum hervorbringen könnte, kollabiert er

nicht. Stattdessen explodiert er, bevor die Materie unter

ihrer eigenen Schwerkraft zusammenstürzt.

Wie sind LIGOs Schwarze Löcher dann entstanden?

Da gibt es verschiedene Möglichkeiten, die auch heiß

dis kutiert werden. Vielleicht gibt es im All sehr dichte

Sternencluster, in denen kleinere Schwarze Löcher häufig

verschmelzen – und so Objekte mit den von uns beobach-

teten Massen bilden. Oder es existieren noch irgendwo

Taschen mit ursprünglicher Materie, die direkt nach dem

Urknall entstanden ist. Sterne in diesen Regionen würden

nur aus Wasserstoff und Helium bestehen. Sie könnten –

anders als später entstandene Sterne, in denen es auch

schwerere Elemente gibt – in sich zusammenfallen und in

einem sehr massiven Schwarzen Loch enden.

Gravitations-

welleneekt

Ruhe-

zustand

Signal

sichtbar

kein

Signal

Detektor Detektor

~10–18 m

Verschiebung

Laser

Spiegel

Spiegel

Licht-

detektor

Gravitationswellendetektoren

arbeiten nach dem Prinzip eines

Michelson-Interfero meters:

Zwei Laserstrahlen laufen senk-

recht zueinander zwei Mess-

arme entlang und werden an de-

ren Enden von Spiegeln reflek-

tiert. Zurück am Ausgangspunkt

überlagern sich die beiden

Strahlen und ergeben ein Signal

bestimmter Helligkeit. Passiert

eine Gravitationswelle den De-

tektor, staucht und dehnt sie den

Raum im Interferometer. Die

Laserstrahlen treffen dann in ei-

ner anderen Phase aufeinan-

der, wodurch sich die Helligkeit

des Ausgangs signals ändert.

NIK SPENCER/NATURE;

CASTELVECCHI, D., WITZE, A.: EINSTEIN‘S GRAVITATIONAL

WAVES FOUND AT LAST. NATURE NEWS, 11. FEB. 2016 (AUSSCHNITT)