Raum und Zeit nicht als starrer Hintergrund, sondern mit dynamisch veränderlicher Geometrie – das ist das Grundprinzip der allgemeinen Relativitätstheorie. Eine der faszinierendsten Konsequenzen der Raumzeit-Dynamik ist, dass sich Störungen der Raumzeitgeometrie – Abweichungen von der Geometrie der absolut leeren Raumzeit – als Wellen ausbreiten können.
Eine ähnliche Art der Ausbreitung kennen wir von Schallwellen: Ein kleiner Bereich von Luft ist etwas dichter und hat daher einen höheren Druck als seine Umgebung, dehnt sich in der Folge etwas aus, was wiederum in der Nachbarschaft zu höherer Dichte, Druck und leichter Ausdehnung führt – auf diese Weise pflanzt sich der Dichteüberschuss immer weiter fort. Im Einsteinschen Fall ist es eine kleine Raumzeitverzerrung, die zu einer weiteren Raumzeitverzerrung in der Nachbarschaft führt, so dass sich die Störung letztendlich durch den ganzen Raum fortpflanzt und zwar, so ergibt sich aus der Theorie, mit Lichtgeschwindigkeit. Diese sich fortpflanzenden Störungen sind die Gravitationswellen.
Gravitationswellen / Einsteiger-Tour Teil 1: Rhythmische Verzerrungen
Die Raumzeitstörung, die sich fortpflanzt, ist eine bestimmte Art der Abstandsverzerrung, und die Wirkung einer Gravitationswelle besteht denn auch darin, die räumlichen Abstände zwischen frei fallenden Objekten rhytmisch zu verzerren. Für den einfachsten Fall einer solchen Welle lässt sich die Verzerrung wie folgt veranschaulichen. Angenommen, wir befinden uns einmal mehr im Weltraum, fernab aller Gravitationsquellen. […]
Gravitationswellen / Einsteiger-Tour Teil 2: Wellen-Quellen
Die Gelegenheiten, bei denen Gravitationswellen entstehen können sind vielfältig: Fast überall dort, wo Massen beschleunigt werden, ob nun zwei Himmelskörper umeinander umlaufen oder Materie bei einer gewaltigen Explosion in den Weltraum geschleudert wird, werden Gravitationswellen ausgesandt. Allerdings sind die Gravitationswellen, die uns aus den Tiefen des Alls erreichen, umso schwächer, je weiter das erzeugende Ereignis […]
Gravitationswellen / Einsteiger-Tour Teil 3: Gravitationswellen-Astronomie
Eine besondere Eigenschaft der Gravitationswellen ist, dass sie Informationen über die Quellobjekte enthalten – seien es Supernovae, seien es verschmelzende Schwarze Löcher. Dabei gibt es einige wichtige Unterschiede zwischen den Eigenschaften der Gravitationswellen und denen der elektromagnetischen Strahlung wie Licht, Radiowellen oder Röntgenstrahlung, auf deren Nachweis herkömmliche astronomische Beobachtungen beruhen. Jedes einzelne Atom kann elektromagnetische […]
Gravitationswellen / Einsteiger-Tour Teil 4: Detektoren auf Wellenjagd
Die Jagd auf Gravitationswellen gehört zu den spannendsten Unternehmungen der aktuellen Gravitationsphysik. Weltweit arbeiteten in den vergangenen Jahren hunderte von Wissenschaftlern mit modernster Technik daran, Gravitationswellen erstmals direkt nachzuweisen, um anschließend Gravitationswellen-Astronomie betreiben zu können. Sie verwenden dazu zwei Arten von Detektoren. Eine Variante sind die Resonanzdetektoren. Sie basieren darauf, dass eine Gravitationswelle einen schwingungsfähigen […]
Gravitationswellen / Einsteiger-Tour Teil Fazit
Gravitationswellen versprechen Einblicke in Regionen des Weltalls, die herkömmlichen astronomischen Beobachtungen unzugänglich sind. Jedesmal, wenn die Astronomen in der Vergangenheit ein neues Fenster zum Kosmos aufgestoßen haben – bei Beginn der Radioastronomie oder bei Beobachtungen mit den ersten Röntgensatelliten – hat dies der Astrophysik eine Vielzahl neuer, zum Teil überraschender Erkenntnisse beschert. Eine derartige Revolution […]