Das Universum wackelt. Wir wissen das seit etwas mehr als vier Jahren. Es war der 14. September 2015, an dem LIGO (das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) zum ersten Mal ein solches Wackeln registrierte. Das Signal von diesem Tag schrieb die Kollaboration dem Zusammenschmelzen zweier Schwarzer Löcher zu. Und was für ein schönes Signal das war: Genauso, wie es laut Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie aussehen sollte.

Sabine Hossenfelder © Joerg Steinmetz Sabine Hossenfelder ist theoretische Physikerin und widmet sich in ihrer Arbeit vor allem der Quantengravitation und der Physik jenseits des Standardmodells. Gegenwärtig ist sie Research Fellow am Frankfurt Institute for Advanced Studies. Ende September erschien ihr Buch "Das hässliche Universum".

Dafür bekamen die Denkväter des Experiments – Kip Thorne, Rainer Weiss, und Barry Barish – 2017 dann auch den Nobelpreis für Physik verliehen. Im selben Jahr begann außerdem ein weiteres Experiment – Virgo – Gravitationswellen aufzuspüren. Die LIGO/Virgo-Kollaboration hat inzwischen Dutzende von erfolgreichen Messungen verkündet. Nicht nur das Zusammenschmelzen zweier Schwarzer Löcher will man in den Daten gefunden haben, sondern auch Schwarze Löcher, die Neutronensterne verschlingen und, gelegentlich, sogar Kollision zweier Neutronensterne.

Aber trotz der vielen Messungen und trotz des Nobelpreises, halten sich hartnäckige Zweifel daran, ob diese Experimente denn wirklich Gravitationswellen gemessen haben.

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Funktionsweise eines Graviationswelleninterferometer

Wenn zwei Schwarze Löcher einander zu nahe kommen, vereinen sie sich zu einem größeren Schwarzen Loch, ähnlich wie zwei Wassertropfen. Bei dieser Vereinigung setzen die Schwarzen Löcher enorme Mengen an Energie frei; für den Bruchteil einer Sekunde ist ihr Energieumsatz sogar höher als der aller Sterne im gesamten Universum zusammen. Der Hauptteil dieser freigesetzten Energie entwischt, weil Raum und Zeit anfangen zu schwingen. Es sind diese periodischen Dehnungen und Stauchungen der Raumzeit, die Physiker als Graviationswellen bezeichnen.

Bild 1 von 13 Die Suche nach Gravitationswellen (13 Bilder) Beispiele für verschiedene aufgezeichnete Gravitationswellen-Ereignisse

(Bild: LIGO/Caltech/MIT/University of Chicago (Ben Farr) )

Man kann Gravitationswellen auch nach Milliarden von Jahren beziehungsweise aus einer Entfernung von Milliarden Lichtjahren noch detektieren. Identifizieren können Physiker die Raumzeitverzerrungen mit genauen Abstandsmessungen in zwei orthogonalen Richtungen. LIGO nimmt diese Abstandsmessungen mithilfe von Lasersignalen vor, die zwischen Spiegeln einige Kilometer hin und her laufen. Schon die kleinsten Änderungen in den Laufzeiten führen dazu, dass die Wellenberge und -täler des Laserlichts sich gegeneinander verschieben – die Interferenz ändert sich. Ein Arm des Interferometers muss dann etwas länger oder kürzer gewesen sein, als normalerweise der Fall.

LIGO selbst besteht aus zwei solchen Gravitationswelleninterferometern, die sich in den US-Bundesstaaten Washington und Louisiana – etwa 3000 Kilometer voneinander entfernt – befinden. Virgo in der italienischen Toskana bringt ein drittes Interferometer in den Bund ein. Um Fehlmessungen zu vermeiden, sucht die LIGO/Virgo-Kollaboration nach Signalen, die etwa zeitgleich in allen Detektoren anschlagen. Die verbleibenden, kleinen zeitlichen Unterschiede kommen daher, dass die Gravitationswellen aus einer bestimmten Richtung kommen, und die Detektoren deswegen nicht genau zeitgleich erreichen. Aus diesen Verzögerungen, die einige Millisekunden betragen, kann dann auch die Richtung berechnet werden, aus der das Signal kam.