Astronomie Gravitationswellen vom Crash der Energiesupermonster

Nur mithilfe solcher Simulationen sind die Gravitationswellen darstellbar, die bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne (rechts im Bild) entstehen.
Nur mithilfe solcher Simulationen sind die Gravitationswellen darstellbar, die bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne (rechts im Bild) entstehen. © Foto: Illustration: T. Dietrich/Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik/dpa
Paris / afp 17.10.2017
Erstmals konnten Gravitationswellen vom Crash zweier Neutronensterne beobachtet werden. Dazu elektromagnetische Strahlung von dem Ereignis.

Ein Traum ist wahr geworden“ – viele Wissenschaftler haben am Montag ihre ­Zurückhaltung über Bord geworfen: Endlich ist die Verschmelzung zweier Neutronensterne beobachtet worden. Die beiden Energiesupermonster sind vor 130 Millionen Jahren zusammengestoßen und haben dabei Gravitationswellen erzeugt, die am 17. August um 14.41 Uhr die Erde erreichten. Kurz darauf kam auch elektromagnetische Strahlung an, die von der Kollision erzeugt worden war.

Viermal hatten Wissenschaftler bislang sekundenkurze Gravitationswellen entdeckt – eine wellenförmige Verzerrung der Raumzeit, die vor zwei Jahren erstmals nachgewiesen und von Albert Einstein vor 100 Jahren vorausgesagt worden war. Alle vier Gravitationswellen stammten von miteinander verschmelzenden Schwarzen Löchern, unsichtbar für Teleskope im Weltall und auf der Erde, weil Schwarze Löcher kein Licht aussenden.

Der Zusammenstoß der Neutronensterne jedoch war anders, und er war sichtbar. Die Gravitationswellen wurden gut hundert Sekunden lang registriert. Weniger als zwei Sekunden später empfingen zwei Weltraumteleskope Gammastrahlen. In der darauffolgenden Nacht suchten Astronomen mit Teleskopen die Quelle der Strahlung, den Ort der kosmischen Verschmelzung – und fanden ihn gegen Mitternacht. Teleskope in Chile identifizierten ihn in einer Galaxie, die unter der Bezeichnung NGC 4993 bekannt ist. An der Suche hatte sich auch die Europäische Südsternwarte ESO mit ihren Teleskopen in Chile beteiligt.

Wissenschaftler in aller Welt reagierten verblüfft. „Es gibt wenige Momente, in denen Forscher Zeugen des Beginns einer neuen Ära werden können“, sagte die Astronomin Elena Pian vom Nationalen Institut für Astrophysik in Rom. „Dies war einer.“ – „An diesem Morgen sind alle unsere Träume wahr geworden“, sagte Alan Weinstein von der Caltech Universität in Pasadena im US-Bundesstaat Kalifornien.

Neue Kenntnisse vom Universum

Die Begeisterung der Forscher gilt vor allem den zahlreichen neuen Erkenntnissen, die sie nun erwarten: Die Daten der Neutronenstern-Kollision können helfen, die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der sich das Universum ausdehnt. Außerdem stützen sie die These, dass die Verschmelzung von Neutronensternen eine wichtige Rolle bei der Entstehung schwerer Elemente spielt.

Denn mehrere Signale zeigen, dass in der Umgebung der Neutronensterne Gold, Platin und andere chemische Elemente vorkommen, die schwerer sind als Gold. Patrick Sutton von der Universität Cardiff: „Das Gold in Ihrem Hochzeitsring stammt wahrscheinlich von einer Neutronenstern-Verschmelzung, die sich vor fünf Milliarden Jahren und damit vor der Entstehung der Sonne in unserem Teil der Galaxis ereignet hat.“

Bekannt war bislang, dass bei Supernova-Explosionen schwere Elemente entstehen. Die Analyse der Daten vom 17. August zeigt, dass der Zusammenstoß der zwei Neutronensterne eine breite Materiespur hinterließ. Das deutet darauf hin, dass womöglich die Hälfte der schweren Elemente auf der Erde und im All bei der Verschmelzung zweier solcher unfassbar dichten Energiesupermonster entstanden ist.

Eine Milliarde Autos in einem Teelöffel

Die Gravitationsfelder (Schwerkraftfelder) von nicht symmetrischen Objekten bewirken Wellen in dem sie umgebenden Raum, wenn die Objekte sich beschleunigt bewegen. Diese Gravitationswellen verzerren Raum und Zeit, sind aber extrem winzig. Die Europäische Raumfahrtagentur ESA gibt ein Beispiel: Gravitationswellen, die von zwei einander umkreisenden Schwarzen Löchern erzeugt werden, übersteigen auf einem Lineal von einer Million Kilometern Länge nicht einmal die Größe eines Atoms.

Dass jetzt eine starke Gravitationswelle entdeckt werden konnte, hängt damit zusammen, dass diese Raumzeit-Verzerrung von einem der energiereichsten Ereignisse ausgelöst worden ist, die vorstellbar sind: dem Zusammenstoß zweier Neutronensterne. Bisher waren vier wenige Sekunden schwache Gravitationswellen aus dem Verschmelzen Schwarzer Löcher registriert worden.

Neutronensterne sind ausgebrannte und in sich zusammengefallene Sonnen. Sie sind mit solcher Wucht in sich zusammengefallen, dass vermutlich die Elektronen in die Protonen gedrückt werden. Eine Masse wie die unserer Sonne wäre etwa auf die Größe der Stadt Köln zusammengedrückt, ein Teelöffel Neutronenstern enthielte die Masse von einer Milliarde Kleinwagen. Wenn zwei Neutronensterne zusammenstoßen, ist also genügend Energie im Spiel, um eine größere Gravitationswelle hervorzurufen.

Die Forschung an Gravitationswellen wird das Bild vom Universum vervollständigen. Wissenschaftler können daran Entstehung, Wachstum und Verschmelzung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen ergründen und die Vorgänge in den Kernbereichen von Galaxien erkunden. Selbst ein Blick auf die erste Millisekunde des Urknalls vor 13,8 Milliarden Jahren ist denkbar. afp