Erst vor wenigen Tagen wurde bekannt, dass es Forschern wieder gelungen ist, Gravitationswellen nachzuweisen. Das ist nach wie vor außergewöhnlich, denn das Signal ist für die Messgeräte nur minimal wahrnehmbar. Gravitationswellen entstehen, wenn Masse beschleunigt wird. So löste die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher in den Tiefen des Weltalls das Signal aus, das nun gemessen wurde. Das Ereignis hat die sogenannte Raumzeit erschüttert – und das bereits vor 1,8 Milliarden Jahren.

Gravitationswellen sind wie Wellen an der Oberfläche eines Sees, in den man einen Stein geworfen hat. Wenn sie auftreten, dehnen und stauchen sie für kurze Zeit den Raum. Doch das geschieht in der Größenordnung eines Atomkerns, was ihre Messung so kompliziert macht – und lange Zeit für kaum möglich erscheinen ließ.

Vier Jahrzehnte Forschung

Bislang wurden Gravitationswellen viermal gemessen, immer im Observatorium Ligo in den USA. Gegründet wurde es 1992 von den beiden Physikern Rainer Weiss und Kip Thorne, beide haben die Technik zur Messung der Raumzeitstauchung maßgeblich mitentwickelt. Von 1997 bis 2005 war Barry Barish Direktor des Ligo. Der Physiker leistete einen entscheidenden Beitrag zum Aufbau der Lasertechnik und der internationalen Zusammenarbeit. Die drei Forscher wurden für ihre Arbeit nun mit dem Nobelpreis für Physik geehrt. Denn sie haben „gewährleistet, dass vier Jahrzehnte der Forschung darin mündeten, dass schließlich Gravitationswellen beobachtet werden konnten“, hieß es in der Begründung der Juroren.

Die theoretische Grundlage für Gravitationswellen stellte Albert Einstein im November 1915 mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vor – eine Theorie „unbeschreiblicher Schönheit“, wie er selbst fand. Sie begreift Schwerkraft als eine Eigenschaft von Raum und Zeit. Das bedeutet, dass jede Art von Materie den Raum um sich herum verbiegt – dieser Krümmung folgen dann alle anderen Körper und auch Lichtstrahlen. Einstein entdeckte zudem, dass Himmelskörper Gravitationswellen abstrahlen können, die sich in Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Solche Wellen in der Raumzeit entstehen etwa, wenn Schwarze Löcher aufeinandertreffen. Diese Theorie wurde damals heftig kritisiert, heute gehört sie zu den Konstanten der Physik. Doch es dauerte fast 100 Jahre, bis die in der Theorie existierenden Gravitationswellen nachgewiesen werden konnten.

Messung mit sensiblen Laserdetektoren

Im September 2015 war es soweit: Erstmalig konnten minimale Verzerrungen der Raumzeit gemessen werden – eine wissenschaftliche Sensation. Hochsensible Messgeräte konnten die Gravitationswellen wahrnehmen. Gelungen war das im Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium, kurz Ligo. Es gibt zwei Standorte, einen im US-Bundesstaat Washington und einen im US-Bundesstaat Louisiana. Sie sind etwa 3 000 Kilometer voneinander entfernt. An beiden Messplätzen gibt es jeweils zwei Vakuumröhren. Diese sind vier Kilometer lang und stehen im 90-Grad-Winkel zueinander. Im Inneren ist jeweils ein Laser angebracht, dessen Strahl durch Spiegel immer wieder reflektiert wird. Erreicht dann eine Gravitationswelle die Röhre, wird die Länge der Strahlen für einen kurzen Augenblick um winzige Bruchteile verändert.

Ein Meilenstein, mehr als 1000 Forscher

Der Nachweis der Gravitationswellen wurde schon länger für eine Auszeichnung mit dem Nobelpreis gehandelt. Doch gleichzeitig stand die Frage im Raum, wer dafür geehrt werden sollte. Denn an der Forschung im Observatorium Ligo sind mehr als 1 000 Forscher aus 20 Ländern beteiligt, wie auch das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover und Potsdam. Mit der grundlegenden Entwicklung einer Messmöglichkeit, der Idee zu einem Observatorium und dem Bereitstellen wissenschaftlicher Infrastruktur sind nun die Pioniere der Gravitationswellenforschung geehrt worden. Sie haben, zusammen mit vielen anderen Forschern, einen neuen Blick auf das Universum ermöglicht.