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Gravitationswellen und Schwarze Löcher

Am 24. Januar hält der Physiker, Wissenschaftsjournalist und Buchautor Dr. Thomas Bührke einen wissenschaftlichen Vortrag im Planetarium Wolfsburg. Die Veranstaltung mit dem Titel „Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern“ ist für Besucher ab zwölf Jahren geeignet. Der Nachweis von Gravitationswellen trägt entscheidend zum Verständnis des Universums bei. Im Interview spricht Dr. Bührke über seinen Vortrag und die Relativitätstheorie und verrät, was er Einstein gerne einmal fragen würde.

Herr Bührke, Sie haben Physik und Astrophysik studiert. Wodurch wurde Ihr Interesse an diesen Themen geweckt?
Der Anlass für das Physikstudium war meine Leidenschaft für die Astronomie. Das erste Fernrohr, mit dem ich nachts den Sternenhimmel beobachtete, habe ich von meinem Konfirmationsgeld gekauft.  Woher mein Interesse für die Astronomie kommt, kann ich nicht sagen, vielleicht war es die Begeisterung für die bemannten Raumfahrtprogramme bis hin zur Mondlandung im Jahre 1969.

Was ist eine Gravitationswelle, und warum war es eine Sensation, als eine solche im Jahr 2015 in den USA gemessen wurde?
Gravitationswellen entstehen, wenn sich massereiche Körper beschleunigt bewegen. Dann bringen sie den umgebenden Raum zum Zittern, ähnlich wie ein ins Wasser geworfener Stein auf der Oberfläche kreisförmige Wellen erzeugt. Genauso entfernen sich Gravitationswellen von ihrem Ursprung und durchqueren das Universum mit Lichtgeschwindigkeit. Einstein hat deren Existenz vor einem Jahrhundert vorhergesagt, glaubte aber, sie seien zu schwach, um jemals nachweisbar zu sein. Dieser erste Nachweis ist also ein Triumph für Einsteins Theorie und ein Wunder der Messtechnik.

Was hat das mit Einsteins Relativitätstheorie zu tun?
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie ist eine neue Beschreibung der Schwerkraft. Demnach ist diese eigentlich keine Kraft, sondern eine Eigenschaft des Raumes, genauer von Raum und Zeit: Himmelskörper krümmen den Raum um sich herum. Das kann man sich ähnlich vorstellen wie eine schwere Kugel (der Himmelskörper) in einem Gummituch (dem Raum) eine Mulde um sich herum erzeugt. Im Universum müssen alle Körper und auch Licht dieser Krümmung folgen. Für uns hat es den Anschein, als würde beispielsweise die Erde den Mond anziehen und ihn auf seiner Umlaufbahn halten. Tatsächlich aber läuft der Mond in der Raummulde um die Erde herum.

Computersimulationen zeigen, wie zwei sich umkreisende und wenig später zusammenstoßende Schwarze Löcher Gravitationswellen abstrahlen (© S. Ossokine, A. Buonanno, R. Haas (MPI für Gravitationsphysik), Simulating eXtreme Spacetimes project)

Computersimulationen zeigen, wie zwei sich umkreisende und wenig später zusammenstoßende Schwarze Löcher Gravitationswellen abstrahlen (© S. Ossokine, A. Buonanno, R. Haas (MPI für Gravitationsphysik), Simulating eXtreme Spacetimes project)

Was sind Schwarze Löcher?
Ein Schwarzes Loch entsteht, wenn ein sehr schwerer und großer Stern am Ende seines Lebens seinen Brennstoff verbraucht hat. Dann explodiert er. Während er die äußere Hülle ins All absprengt, bricht der innere Kern in sich zusammen. Dieser wird immer kompakter und krümmt den Raum um sich herum immer stärker, bis er sich gewissermaßen vom Universum abnabelt. Mit der Folge, dass alles, was sich dem entstandenen Raumloch nähert, in es hineinfällt. Aber nichts kann mehr heraus. Das gilt auch für Licht: Aus einem Schwarzen Loch kann kein Licht entweichen, weswegen es für uns tatsächlich schwarz aussehen würde.

Wie können Gravitationswellen zum Verständnis des Universums beitragen?
Zum einen bedeutet ihr Nachweis eine glänzende Bestätigung für die Allgemeine Relativitätstheorie. Gleichzeitig kann man mit diesen Messungen die Relativitätstheorie auf Herz und Nieren prüfen.  Zum anderen lassen sich nun Vorgänge im Universum beobachten, die wir auf keine andere Art und Weise beobachten können. Die bislang gemessenen Gravitationswellen stammen überwiegend von Schwarzen Löchern, die sich zunächst umkreisten. Dann stießen sie zusammen und verschmolzen zu einem neuen, größeren Schwarzen Loch. Die Analyse der Gravitationswellen ermöglicht es erstmals, mehr über die Eigenschaften von Schwarzen Löchern zu erfahren. Tatsächlich sehen viele Astrophysiker in der Messung dieser Gravitationswellen den letztlichen Beweis, dass es Schwarze Löcher wirklich gibt. Kürzlich konnte man auch eine Gravitationswelle messen, die beim Zusammenstoß von zwei Neutronensternen entstanden ist. Dieses Ereignis eröffnete ein weiteres Beobachtungsfenster ins Universum. Und in 20 Jahren wird man vielleicht in der Lage sein, Gravitationswellen aufzufangen, die im Urknall entstanden sind. Das wäre nach heutigem Wissensstand derzeit die einzig denkbare Möglichkeit, den Beginn des Universums zu „beobachten“.

Worum geht es in Ihrem Vortrag „Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern“ und mit welchen technischen Hilfsmitteln setzen Sie diesen im Planetarium Wolfsburg um?
Ich werde erklären, was Gravitationswellen sind und wie man sie misst, zeige die Messdaten, die letztlich zum aktuellen Physik-Nobelpreis geführt haben, und erkläre die ursächlichen astrophysikalischen Vorgänge und Himmelskörper wie Raumkrümmung, Schwarze Löcher oder Neutronensterne möglichst anschaulich mit Grafiken und Videos. Zufällig war ich einen Tag nach dem Eintreffen der Gravitationswelle von den kollidierenden Neutronensternen in einem der beiden Gravitationswellen-Observatorien in den USA. Von dort habe ich aktuelle Fotos mitgebracht.

Luftbildaufnahme des Gravitationswellen-Observatoriums  LIGO in Hanford im US Bundesstaat Washington (Foto: MIT/Caltech LIGO Laboratory).

Luftbildaufnahme des Gravitationswellen-Observatoriums LIGO in Hanford im US Bundesstaat Washington (Foto: MIT/Caltech LIGO Laboratory).

Was würden Sie Albert Einstein gerne einmal fragen, wenn er noch leben würde?
Ich würde natürlich gerne wissen, was er zu der Messung von Gravitationswellen sagen würde. Aber mehr noch würde mich interessieren, wie er heute die Ergebnisse der Quantenphysik einschätzt, die er sein Leben lang abgelehnt hat.

Was ist Ihre Ansicht zu außerirdischem Leben?
Ich denke, es gibt Leben auf anderen Planeten, bin aber skeptisch, dass wir jemals mit intelligenten Lebewesen Kontakt aufnehmen, geschweige denn, eine Kommunikation herstellen können.

Welche Projekte würden Sie in Zukunft gerne noch umsetzen?
Ich würde gerne die bemannte Marslandung erleben. Mit der Landung von Astronauten auf dem Mond begann für mich die Leidenschaft für die Astronomie, die bemannte Marslandung wäre ein weiterer begeisternder Höhepunkt.

Vielen Dank für das Interview!

Der Vortrag findet am 24. Januar um 19 Uhr statt. Weitere Informationen finden sich unter www.planetarium-wolfsburg.de oder unter www.buehrke.com.

Katharina Holzberger (SUBWAY Magazin – oeding magazin GmbH) / Fotocredit Titelfoto: Privat

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