Gravitationswellen sind real – jene Krümmungen in der Raumzeit, die Albert Einstein stets vorhergesagt hatte. Das bestätigt auch die zweite Messung eines internationalen Forscherteams, die mit Detektoren in den USA ein weiteres der feinen, begehrten Signale aufgefangen haben. Ihre Ergebnisse haben sie nun auf dem Treffen der American Astronomical Society in San Diego und im Magazin Physical Review Letters vorgestellt (B. P. Abbott et al., 2016).

Den Beweis für die Existenz solcher Wellen präsentierten Forscher bereits im Februar dieses Jahres (ZEIT ONLINE berichtete). Das entscheidende erste Signal aus dem All hatten sie am 14. September 2015 mit ihren Messgeräten in Louisiana und Washington eingefangen. Mehr als ein Jahr danach waren sie sicher: "We have detected gravitational waves." Das Signal stamme zu 99,99999 Prozent von Gravitationswellen. Eine Sensation.

Losgetreten wurde dieses erste Signal vor 1,3 Milliarden Jahren durch eine Kollision Schwarzer Löcher, einer bestimmten Entwicklungsstufe massiver Sterne. Beide – jedes mehr als 25-mal so schwer wie unsere Sonne – hatten einander mit halber Lichtgeschwindigkeit umkreist, wurden immer schneller und verschmolzen schließlich zu einem einzigen. In der letzten Phase, kürzer als eine Sekunde, strahlte dieses gigantische Schwarze Loch derart starke Gravitationswellen ab, dass die Ligo-Detektoren sie nun auf der Erde entdecken konnten.

Einmal ist keinmal, zweimal ist Wissenschaft

Der aktuelle Nachweis ist zwar kein großer Aufreger mehr, weil er dasselbe Prinzip beweist. Er ist aber wissenschaftlich hochinteressant. Das jetzt gemessene Signal stammt von einer weiteren Kollision Schwarzer Löcher. Sie fand – etwas früher als die erste – vor 1,4 Milliarden statt.

Gemäß dem Motto "Einmal ist keinmal" ist es den Forschern mit Signal GW151226 gelungen, den Wahrheitsgehalt ihrer ersten Meldung zu bestätigen. Ganz grundsätzlich ist es in der Forschung gut, auf verschiedenen Wegen mehrmals zum selben Ergebnis zu kommen. Das räumt etwaige Zweifel aus. Weiter zeigt die Messung, dass Ereignisse, die Gravitationswellen verursachen, offenbar gar nicht so selten vorkommen.

In nächster Zeit sind also weitere Wellen zu erwarten. Und tatsächlich legen Daten, die die Ligo-Detektoren zwischen September 2015 und Januar 2016 gesammelt haben, ein drittes Ereignis schon im Oktober nahe. Wenn auch zu einer weit geringeren Wahrscheinlichkeit.

Die Illustration zeigt, wann die Ligo-Forscher Gravitationswellen entdeckt haben. © LIGO

Möglich wurde der Nachweis von Gravitationswellen erst durch die Detektoren des Ligo, eines Observatoriums des California Institute of Technology und des Massachusetts Insitute of Technology in den USA. Grob vereinfacht funktionieren sie so: Sie haben zwei Arme, deren Längen exakt bekannt sind und die kontinuierlich mithilfe eines Laserstrahls vermessen werden. Geht eine Gravitationswelle durch den Apparat, werden die Arme unterschiedlich gestaucht oder gestreckt, die resultierende Längenänderung wird gemessen.

Das Video erklärt das Prinzip der Detektoren:

Anhand der Daten berechneten die Physiker auch die Masse der Schwarzen Löcher, die Signal Nummer zwei ausgelöst hatten: Acht- bis 14-Mal so schwer wie die Sonne sollen sie gewesen sein und damit weit leichter als jene der ersten Messung. "Weil sie leichter waren, haben sie sich weniger schnell aufeinander zubewegt", heißt es in der Pressemitteilung des Ligo-Labors. Das Signal habe mehrere Sekunden gedauert – ziemlich lang also verglichen mit dem ersten, das mit weniger als 0,5 Sekunden die Physik-Welt begeisterte (wie so ein Signal klingt, ist hier zu hören).

So sicher waren die Gravitationswellen-Jäger noch nie

Entsprechend genau lässt sich das Ereignis rekonstruieren. "Die Zahl der Umkreisungen kurz vor dem Verschmelzen war bedeutend größer als während der ersten Messung", schreiben die Forscher. Das habe einen anderen, komplementären Test von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie möglich gemacht.

In den vergangenen Jahren wurde der Beweis von Einsteins Vorhersage schon häufig angekündigt. Mehr als ein Dutzend Mal hieß es: Wir haben sie entdeckt! Doch jeder vermeintliche Sensationsfund zerfiel zu Staub. So sicher wie im Februar waren sich die Gravitationswellen-Jäger noch nie. Die zweite Messung zeigt: zu Recht.

Warten auf den Nobelpreis

Mit der Bestätigung bekommt eine weitere Frage neues Gewicht. Nämlich, ob die Entdeckung noch in diesem Jahr mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wird. Bislang hieß es, das Komitee brauche gewiss weitere Messungen, um sich festlegen zu können. Nun steht fest: Es wird sie geben. Allerdings werden sie wohl alle aus demselben Labor stammen. Denn von den drei möglichen Quellen für Gravitationswellen, die Physiker theoretisch messen können – kollidierende Schwarze Löcher, zusammenstoßende Neutronensterne und Sternexplosionen – ist die erste Möglichkeit die undankbarste. Sie lässt sich nur schwer durch unabhängige Beobachtungen von Astronomen überprüfen.

Im Mai vor 100 Jahren veröffentlichte Einstein seine Arbeit zur allgemeinen Relativitätstheorie. Was die besagt und welche Tragweite sie bis heute hat, lesen Sie auf dieser Seite.