Im September 2015 konnte im Ligo-Observatorium in den USA erstmals eine Gravitationswelle gemessen werden. Die Fusion zweier Schwarzer Löcher hatte riesige Energiemengen ins All geschleudert. Die Wellen werden von allen beschleunigten Massen erzeugt und wurden seither weitere Male gemessen. Was ihre Existenz für die Menschheit bedeutet, erläutert Karsten Danzmann, Direktor des Max Planck Instituts für Gravitationsphysik der Leibnitz Universität in Hannover, kommenden Samstag bei den Technologiegesprächen des Forum Alpbach. Mit der "Wiener Zeitung" sprach der Physiker, dessen Institut an den Messungen beteiligt ist, vorab.

"Wiener Zeitung": Der Nachweis von Gravitationswellen gilt als Meilenstein der Kosmologie und als weitere Bestätigung von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Welche Erkenntnisse können wir aus diesen Experimenten ziehen?

Karsten Danzmann: Das wissen wir nicht, es ist Grundlagenforschung. Doch das Revolutionäre ist nicht der Nachweis, denn an der Existenz hatte niemand gezweifelt, sondern der Wille, mit Gravitationswellen mehr über das Universum zu lernen. Wir haben tausende Jahre lang den Nachthimmel angeschaut und immer bessere Augen in Form von Teleskopen gebaut. Je nachdem, ob wir mit sichtbarem, Röntgen- oder Infrarotlicht schauen, sieht das Universum ganz anders aus. Was wir aber noch nie getan hatten, ist es zu hören. Uns fehlte ein Sinnesorgan. Das ist wichtig, denn mehr als 99 Prozent des Universums sind dunkel und werden nie mit elektromagnetischer Strahlung beobachtbar sein. Wir sind taub durch ein dunkles und sehr lautes Universum gelaufen wie durch den Urwald bei Nacht. Mit Gravitationswellen wird die dunkle Seite zugänglich.

Eine Computersimulation zeigt die Ausbreitung von Gravitationswellen. - © dpa/Michael Hanschke
Eine Computersimulation zeigt die Ausbreitung von Gravitationswellen. - © dpa/Michael Hanschke

Was hören Sie im Moment?

Wir detektieren sehr schwere Schwarze Löcher, von denen niemand wusste, dass sie existieren. Dabei sind wir noch nicht einmal bei der höchsten Empfindlichkeitsstufe der Instrumente.

Was bringen die weiteren Nachweise, die derzeit erbracht werden?

Wir finden jedes Mal weitere Schwarze Löcher, die es nicht geben dürfte. Wo kommen sie her? Die Literatur ist momentan voll von Spekulationen.

Wohin deuten die Ideen?

Herkömmlichen Theorien zufolge kollabiert ein Stern, der so schwer ist, dass er ein Schwarzes Loch mit 40 Sonnenmassen erzeugen könnte, nicht am Ende seines Lebens. Sondern er explodiert und bläst seine gesamte Materie hinaus ins Weltall. Alle Schwarzen Löcher, die wir bisher über Röntgenstrahlung indirekt gefunden haben, sind leichter als 15 Sonnenmassen. (Röntgenstrahlung wird von Materie emittiert, wenn diese über den Ereignishorizont kippt, Anm.) Alles was wir aber nun finden, hat dutzende Sonnenmassen und die Konsequenz ist faszinierend.

Inwieweit sind Gravitationswellen ein geeignetes Forschungsobjekt, um der Beschaffenheit von Dunkler Materie auf die Spur zu kommen?

Sie sind geradezu perfekt. Eines der größten Rätsel der Kosmologie ist die Dunkle Materie, aus der 25 Prozent des Universums bestehen. Wir haben keine Ahnung, was das ist, und es entzieht sich der Detektion. Wenn wir aber weiterhin so viele Schwarze Löcher finden, könnte es sein, dass die Dunkle Materie genau daraus besteht. Sie müsste dann primordialen Ursprungs sein, also ganz am Anfang des Universums entstanden sein, was ganz gut zu unseren Messungen passen würde. Ganz am Anfang existierten nämlich nur Wasserstoff und Helium. Ein Stern aus diesen Bestandteilen darf groß und schwer in sich zusammenfallen. Heute ist das Zusammensacken nicht mehr möglich, weil das Universum mit schweren Elementen kontaminiert ist, die die Sterne, wenn sie im Zuge der Kernfusion leuchten, backen. Sterne, die sie enthalten, explodieren. Dabei blasen sie die schweren Elemente in den Kosmos und irgendwann ballen diese sich andernorts wieder zusammen und bilden einen neuen Stern.

Wie nützlich sind diese Wellen für die Beschreibung der rätselhaften Dunklen Energie?

Auch Dunkle Energie werden wir mit Gravitationswellen angehen können, und zwar über die Vermessung der beschleunigten Ausdehnung des Universums. Kompakte, kollabierende Doppelsternsysteme aus Schwarzen Löchern und Neutronensternen sind nämlich Standardkerzen: Das heißt, dass wir anhand ihres Signals die absolute Helligkeit ausrechnen können. Wenn wir diesen Wert damit vergleichen, wie viel Helligkeitsintensität auf der Erde ankommt, haben wir die Entfernung - und damit die gesamte Ausdehnungshistorie des Universums. Und daraus ergibt sich der Zustand der Dunklen Energie.

Die Physik ist auf der Suche nach einer Theorie, die alles erklärt. Bringt uns das Forschungsgebiet einer Theorie für alles näher?

Auf jeden Fall eröffnet uns die Gravitationswellen-Astronomie einen Zugang zum größten Teil des Universums.

Haben Gravitationswellen für das Leben auf der Erde praktische Auswirkungen?

Noch nicht. Doch als Computer erfunden wurden, schätzte der IBM-Chef den Weltmarkt auf vier Stück. Dass das ein weltweites Business wird, wusste damals niemand. Eine Anwendung gibt es zudem bereits: In der Erdbeobachtung zum Klimawandel fliegt 2018 eine Satellitenmission ins All, die den Laser-Interferometer an Bord hat, den wir zur Messung der Gravitationswellen konstruiert haben: Dieser soll das Schwerefeld der Erde und den globalen Wasserhaushalt messen und herausfinden, wohin Grundwasser verschwindet.