Das Leben schreibt bekanntlich die besten Geschichten, und die Erforschung der Gravitationswellen gehört sicher zu den schönsten Storys der modernen Wissenschaft: Rund 100 Jahre lang blieben sie verborgen, wie Dornröschen hinter der Märchenhecke, und alle Nachweisversuche scheiterten. Dann wurden sie endlich entdeckt, verkündet fast auf den Tag genau 100 Jahre, nachdem Einstein sie postuliert hatte. Und seither geht es Schlag auf Schlag: Immer neue Gravitationswellenfunde wurden in den vergangenen Monaten vermeldet, gerade wurde ihr Nachweis mit dem Nobelpreis geehrt und nun das nächste große Ding: Weltweit jubeln Astronomen über einen ganz besonderen Fund, der gleich mehrere kosmische Rätsel auf einmal löst. 

"Es kommt nur selten vor, dass ein Wissenschaftler Zeuge des Beginns einer neuen Ära werden kann", sagt die italienische Astronomin Elena Pian, eine der Entdeckerinnen. Doch der heute vorgestellte Fund sei genau ein solch historischer Moment. Ähnlich euphorisch klingen ihre Kollegen. "Wir befinden uns jetzt im Zeitalter der Multi-Messenger-Astronomie!" So triumphierend formuliert es der britische Astrophysiker Andrew Levan, Autor eines von insgesamt sieben (!) Fachartikeln, in denen die Entdeckung in den Zeitschriften Nature und Nature Astronomy ausgebreitet wird.

Denn diesmal geht es nicht um das wackelige Signal eines einzelnen Gravitationswellendetektors, sondern um das Ergebnis einer weltumspannenden Gemeinschaftsaktion, die es so noch nicht gegeben hat. Zunächst fingen am 17. August zwei Gravitationswellenobservatorien, LIGO in den USA und Virgo in Italien, die Spuren von Schwerewellen auf, die aus der Galaxie NGC 4993 stammten, rund 130 Millionen Lichtjahre entfernt. Von den Forschern alarmiert, wurde die Galaxie daraufhin von Astronomen auf der ganzen Welt ins Visier genommen und in allen nur möglichen Wellenlängenbereichen untersucht, vom kurzwelligen Gammastrahlen- bis zum langwelligen Infrarotbereich.

Rund 70 Observatorien waren am Ende an der Jagd auf NGC 4993 beteiligt, inklusive des Hubble-Weltraumteleskops. Und so war es erstmals möglich, eine Gravitationswellenquelle nach allen Regeln der astronomischen Kunst zu analysieren, im sichtbaren Licht wie in den unsichtbaren Wellenlängen. Ergebnis: Das Zittern der Raumzeit wurde offenbar von der gewaltigen Kollision zweier Neutronensterne ausgelöst, einer Kilonova, die seit Langem vorhergesagt, aber so noch nie beobachtet worden war.

Perfekter hätte man sich das Timing nicht ausdenken können. Kip Thorne, einer der frisch gekürten Physiknobelpreisträger, schlug kurz nach seiner Ehrung bereits den ganz großen Bogen und erinnerte an Galilei, der als Erster ein Teleskop auf die Monde des Jupiter richtete. Ähnlich wie damals vor 400 Jahren das Zeitalter der optischen Astronomie begonnen habe, sagte Thorne, würde nun die Gravitationsastronomie in den kommenden 400 Jahren "unser Verständnis des Universums unerhört bereichern".

Allzu große Worte? Weit überzogene Versprechungen? Angesichts des heute vorgestellten Fundes muss man sagen: So Unrecht hat Thorne nicht. Denn die aktuelle Entdeckung ist gleich aus mehreren Gründen höchst bemerkenswert.

Gleich mehrere Sensationen auf einmal

Zum einen haben die Forscher erstmals Gravitationswellen völlig neuer Art aufgefangen. Anders als die bisherigen Funde – die allesamt von der Verschmelzung Schwarzer Löcher herrührten – stammen die aktuellen Wellen von der Kollision zweier Neutronensterne. Für den Laien mag das nach Jacke wie Hose klingen. Doch für Astronomen ist der Unterschied entscheidend. Schwarze Löcher, diese gewaltigen Schwerkraftmonster, die aus dem Kollaps massereicher Sterne entstehen, sind dank Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vergleichsweise einfach zu beschreiben und zu simulieren. Wenn aus dem Zusammenprall zweier Schwarzer Löcher Gravitationswellensignale entstehen, dann dauern sie typischerweise weniger als eine Sekunde.

Neutronensterne hingegen sind leichter als Schwarze Löcher, sie geben dementsprechend schwächere Gravitationswellen ab, die aber erheblich länger andauern (bis zu einer Minute). Daher kann man aus ihnen auch mehr Informationen ziehen. Vor allem aber kann man aus den Wellen auch Rückschlüsse auf die Neutronensterne selbst ziehen, auf ihren Aufbau und ihr Verhalten. Anders als bei den Schwarzen Löchern ermöglichen die Gravitationswellen damit nicht nur "eher langweiliges Einstein-Bestätigen", erklärt der Astrophysiker Markus Pössel, "sondern richtige Gravitationswellen-Astronomie: Die Erforschung der Struktur und Eigenschaften von Himmelskörpern mithilfe von Gravitationswellen".

Zweitens zeigt der Fund, wie gut die weltweite Kooperation der Astronomen funktionierte. Nur zwei Sekunden nach der Detektion der Gravitationswellen durch LIGO und Virgo auf der Erde wurden auch die Weltraumteleskope Fermi und Integral fündig. In just der Galaxie NGC 4993, aus der die Schwerewellen stammten, entdeckten sie einen Ausbruch von Gammastrahlenblitzen. Und als auf der Erde die Nacht im August hereinbrach, warfen viele Observatorien ihre Beobachtungspläne kurzfristig um und peilten ebenfalls die Galaxie im Sternbild Wasserschlange an. Der Lohn dieser konzertierten Aktion ist nun eine überwältigende Fülle an Daten und Erkenntnissen. So bestätigen etwa die gemessenen Strahlungseigenschaften die lange gehegte Vermutung, dass beim Zusammenprall der Neutronensterne radioaktives Material ins All geschleudert wird. Auch schwere chemische Elemente wie Gold oder Platin – deren Ursprung im Universum bisher unklar war – entstehen offenbar bei solchen Sternkarambolagen.