| | | | | |  | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Dirk Lorenzen
Astrophysiker, Autor der Sternzeit | | | | | | | | Liebe Leserinnen und Leser,
liebe Weltraumfans,
bevor es um Schwarze Löcher und das Einstein-Teleskop geht, ein Hinweis in eigener Sache: Diesen Newsletter gibt es seit genau einem Jahr. Es ist Zeit für eine Bilanz. Sagen Sie uns bitte, worüber Sie sich freuen und was Sie sich anders wünschen. Das Ausfüllen dieser Umfrage dauert nur wenige Minuten – vielen Dank!
Und nun hinaus ins Weltall: Verschmelzen Schwarze Löcher, so senden sie Gravitationswellen aus – winzige Erschütterungen in Raum und Zeit, die lichtschnell durch das Universum rasen. Mit Hilfe dieser Signale soll bald das Einstein-Teleskop den Kosmos erforschen. Wo genau diese Messanlage gebaut wird, ist noch offen. Ein Kandidat ist die Lausitz. | | | |  | | | | | | Zwei Schwarze Löcher kurz vor dem Verschmelzen (Illustration). Dabei strahlen sie Gravitationswellen ab, die sich in Instrumenten auf der Erde verraten – vielleicht bald auch in der Lausitz. (SXS, the Simulating eXtreme Spacetimes project) | | | | | | In Berlin, Rom, Brüssel und anderswo wird hinter den Kulissen hart darum gerungen, wer welche Summen aufbringt und wo die besten Forschungsbedingungen herrschen. Für die Lausitz wäre das Einstein-Teleskop ein doppelter Glücksfall: Das Beben der Raumzeit ist dort besonders gut zu messen – und das Teleskop wäre die kosmische Krönung des Strukturwandels in Sachsen nach dem Ende der Kohleförderung. | | | | | 100.000 Milliarden mal dünner als ein Haar | | | | | Ob Sie vom Stuhl aufstehen, draußen eine Amsel vorbeifliegt oder der Mond um die Erde zieht: Wann immer Materie beschleunigt wird, entstehen Gravitationswellen. Deren Existenz sagte schon die Allgemeine Relativitätstheorie voraus, wie Albert Einstein 1916 bemerkte. Diese Wellen sind fast immer unmessbar schwach, aber bei massereichen kompakten Körpern wie Schwarzen Löchern lassen sie sich aufspüren. Laufen Gravitationswellen durch die Erde hindurch, so wird alles minimal gestaucht und gedehnt. Man braucht lediglich ein Instrument, um diese kleinsten Längenänderungen zu messen.
Zum Einsatz kommen Laser-Interferometer: Sie haben Messarme von mehreren Kilometern Länge, in denen ein Laserstrahl zwischen Spiegeln hin und her läuft. Passiert eine Gravitationswelle das Instrument, so verändert sich für Sekundenbruchteile die Länge der Messarme. Das verrät sich im Lasersignal.
Die erforderliche Genauigkeit ist aberwitzig: Es geht um Längenänderungen von etwa 10 hoch minus 18 Metern – also um 0,00... und nach 17 Nullen kommt endlich eine 1. Damit verglichen ist ein Haar unvorstellbar dick. Selbst ein Proton, ein Baustein der Atomkerne, ist tausendmal größer. Diese Messgenauigkeit schaffen bisher Anlagen in den USA, Italien und Japan. In Europa setzt man nun auf den Bau des Einstein-Teleskops, das mindestens zehnmal empfindlicher sein soll. | | | | | Erst Experiment, jetzt Teleskop | | | | | Einst ging es bei den Gravitationswellen allein darum, ihre Existenz nachzuweisen. Das ist 2015 gelungen, fast 100 Jahre nachdem sie vorhergesagt wurden! Zwei Jahre später wurde die Entdeckung mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Inzwischen haben die Detektoren Hunderte Male registriert, wie verschmelzende Schwarze Löcher und Neutronensterne (kompakte Sternleichen) das All minimal erbeben lassen. Die Zeit des Experimentierens ist vorbei. Nun nutzen Astronominnen und Astronomen die Signale, um etwas über den Kosmos zu lernen, nämlich wie die kompakten Objekte im All verschmelzen, wie viele es davon gibt und was die Schwarzen Löcher über die Entwicklung massereicher Sterne aussagen. | | | |  | | | | | | Die Gravitationswellen aus dem All lassen die Euregio minimal erzittern: Sollte das Einstein-Teleskop im Dreiländereck Niederlande-Belgien-Deutschland gebaut werden, dann könnte das Dreieck in etwa so aussehen (Illustration). (NIKHEF) | | | | | | Das Einstein-Teleskop dürfte im Schnitt einmal pro Minute registrieren, wie zwei kleinere Schwarze Löcher ein größeres bilden oder wie Neutronensterne verschmelzen – oftmals viele Milliarden Lichtjahre entfernt! Manche Kollisionen fanden in der Frühzeit des Kosmos statt, nur wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Das neue Teleskop öffnet der Astronomie ein ganz neues Fenster ins All.
Zwei Bauweisen sind denkbar: Entweder gibt es zwei Anlagen an unterschiedlichen Standorten, in denen die Arme jeweils L-förmig zusammenlaufen. Oder man baut ein gleichseitiges Dreieck an einem Ort. Bei den Ls wären die Tunnel jeweils fünfzehn Kilometer lang. Das Dreieck hätte zehn Kilometer Seitenlänge. Für das Dreieck bewirbt sich eine Gruppe aus der Euregio Maas-Rhein im Grenzgebiet Niederlande, Belgien, Deutschland. Bei den Ls tun sich Sachsen und Sardinien zusammen. | | | | | | Der Granitschatz der Lausitz | | | | | | Dass die Lausitz für das Messen der minimalen Erschütterungen so gut geeignet ist, liegt unter anderem an einem Schatz im Untergrund. Dort gibt es eine sehr ausgedehnte Granodiorit-Schicht. Dieses dem Granit sehr ähnliche Gestein ist vor rund 580 Millionen Jahren bei Vulkanausbrüchen entstanden. In diesem Gesteinsblock ließe sich in etwa 200 Metern Tiefe bestens ein Interferometer errichten. Um die schwachen Gravitationswellen zu registrieren, müssen die Messtunnel absolut erschütterungsfrei sein – so, wie optische Teleskope an möglichst dunklen Standorten stehen.
Ein Gravitationswellendetektor ist Hightech vom Feinsten. Hier seien nur ein paar Aspekte genannt: Die Spiegel sollen künftig aus reinem Silizium bestehen und an Glasfäden hängen – andere Materialien wären viel zu „wackelig“. Die Tunnel sind ein riesiges Vakuumsystem – wäre Luft in den Messarmen, würde die Bewegung der Moleküle das gesuchte Signal überlagern. Zudem müssen die Laser extrem stabil sein. Für mich sind solche Anlagen Kunstwerke! Bei Wissenschaft denkt man oft an die Forscherinnen und Forscher, die mit tollen Entdeckungen glänzen und vielleicht einen Nobelpreis ergattern. Doch die stehen auf den Schultern all der Menschen, die mit viel Kreativität und Können in Elektrotechnik, Optik, Mechanik, Softwareentwicklung etc. Anlagen wie James Webb, Hubble, Einstein & Co. bauen. | | | |  | | | | | | Eine Ikone der Wissenschaft: So hat das Event Horizon Telescope, ein Verbund von Radioteleskopen in aller Welt, die – orange-rötlich eingefärbte – Umgebung des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 gesehen. An dieser Beobachtung war das Team des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn maßgeblich beteiligt. (EHT Collaboration) | | | | | | Ein neues „Fenster“ ins All | | | | Vor zwei Jahrzehnten habe ich nicht zu träumen gewagt, noch den Anfang der Gravitationswellenastronomie zu erleben. Diese Signale verraten etwas über Phänomene im Kosmos, die mit elektromagnetischer Strahlung (Licht, Ultraviolett, Infrarot, Radio, Röntgen etc.) gar nicht zu beobachten sind. Das Verschmelzen zweier Schwarzer Löcher geschieht meist komplett im Dunkeln – Licht von dort gibt es kaum, aber die Gravitationswellen lassen sich messen. Das berühmte Bild vom Schwarzen Loch, das vor einigen Jahren für Aufsehen sorgte (und auch schon Thema dieses Newsletters war), zeigt leuchtendes Material in der Umgebung des Schwarzen Lochs. Gravitationswellen dagegen kommen direkt vom Ort des Geschehens. | | | | | Partnerschaft Lausitz und Sardinien | | | | | Wählt man für das Einstein-Teleskop die Bauweise in L-Form, so sind mindestens zwei Anlagen nötig. Nur dann lässt sich abschätzen, aus welcher Richtung die beobachteten Gravitationswellen kommen. Daher tun sich Sachsen und Sardinien zusammen. Dies wäre ein Traumpaar europäischer Forschung. Beim Dreieck, wie es in der Euregio geplant ist, reicht ein einziges Instrument.
Derzeit laufen Studien, wie seismisch ruhig es an den jeweiligen Standorten ist – und wie teuer der Bau der Tunnel werden könnte. Dafür werden etliche Sensoren in dem Gesteinsblock platziert. Vor einigen Jahren hatte ich das Vergnügen, bei einer Probebohrung in Ralbitz-Rosenthal (mitten im Dreieck Hoyerswerda, Kamenz, Bautzen) dabei zu sein. Erst wenn alle Daten vorliegen (frühestens 2027), lässt sich entscheiden, wo wissenschaftlich die besten Bedingungen herrschen – und wo die politische Unterstützung für dieses Milliardenprojekt am größten ist. Im Idealfall finden die ersten Beobachtungen Anfang der 2040er Jahre statt – das Einstein-Teleskop soll dann etwa 50 Jahre lang im Einsatz sein. | | | |  | | | | | | Noch eine kleine Bohrstelle irgendwo in der Lausitz, bald womöglich ein malerisch gelegenes Gravitationswellenobservatorium für Schwarze Löcher: ein Feld nahe Cunnewitz, Ortsteil von Ralbitz-Rosenthal (DESY/Paul Glaser) | | | | | | Heinz Billing, der fast vergessene Pionier | | | | | Man kann nicht über Gravitationswellenastronomie in Deutschland sprechen, ohne Heinz Billing (1914-2017) von der Max-Planck-Gesellschaft zu erwähnen. In den 1970er Jahren hat er in Garching das erste funktionstüchtige Laserinterferometer gebaut. Die Armlänge war viel zu kurz, um die schwachen Wellen nachzuweisen. Aber die Gruppe hat die Empfindlichkeit immer weiter gesteigert und später ein legendäres 30-Meter-Interferometer betrieben. Auf Billings Erfahrungen fußen alle heutigen Laserinterferometer. Das künftige Instrument könnte statt Einstein-Teleskop auch Billing-Teleskop heißen.
Als Heinz Billing in den Ruhestand ging, übernahm Karsten Danzmann, inzwischen emeritierter Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover. Der Vorgänger gab ihm launig mit auf den Weg, dass er so lange am Leben bleiben werde, bis die Wellen endlich gefunden sind. 2016 habe ich Herrn Danzmann darauf angesprochen. Es wurde einer der bewegendsten Momente, die ich je in einem Interview erlebt habe. „Herr Billing ist jetzt 102. Wir haben versucht, es ihm zu sagen, aber es ist nicht ganz leicht. Er kann sehr schwer hören, fast nichts mehr sehen und ist auch teilweise dement,“ sagte Karsten Danzmann um Fassung ringend. „Die Kollegen in München haben einen lichten Moment abgepasst und haben es ihm vor einigen Wochen gesagt. Darauf hat Heinz Billing entgegnet: ‚Ja, ja, die Gravitationswellen, ich habe ja so viel vergessen.‘” Mit feuchten Augen haben Herr Danzmann und ich das Gespräch beendet. Nicht einmal ein Jahr nach der Verkündung der Gravitationswellen-Entdeckung ist Heinz Billing gestorben.
Mit himmlischen Grüßen | | | |  | | | | | Dirk Lorenzen berichtet seit mehr als 30 Jahren über Astronomie und Raumfahrt. Er freut sich auf ein Gravitationswellenobservatorium in Deutschland. In diesem Bereich der Astronomie sind auch hierzulande herausragende Beobachtungen möglich – wie in der Radioastronomie mit dem 100-Meter-Teleskop von Effelsberg in der Eifel. | | | | | | | | | | |  | | | | | | | | | | | | Der Beobachtungstipp | | | | |  | | | | | | | | | | | Derzeit sind zwei „Abendsterne“ zu sehen. Nach Sonnenuntergang leuchten die strahlend helle Venus und der ebenfalls sehr helle Jupiter am Westhimmel. Unser Nachbarplanet Venus wird oft als Abendstern bezeichnet – der Riesenplanet Jupiter bekommt den Titel derzeit ehrenhalber. Die Venus nähert sich Jupiter immer mehr, wird ihn aber erst im Juni überholen. Am 19. Mai steht abends die Mondsichel genau zwischen den beiden. (Stellarium) | | | | | | | | | | | | |  | | | | | | Das tägliche Stück vom Himmel | | | | | | | | | | | | In sozialen Medien sorgen Astrologie und alternative Astrophysik für bemerkenswerte Blüten. Immer wieder taucht die Behauptung auf, der Mond laufe nicht um die Erde, sondern um die Sonne. Wer die Sternzeit vom 29. April hört, kennt die Fakten: Der Mond läuft um die Erde – und mit ihr um die Sonne. | | | | | | | | | | | | | | | | | | Falscher Internet-Hype
Der Mond läuft um die Erde! | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Sie wollen täglich ein Stück vom Himmel hören? Dann abonnieren Sie hier die Sternzeit in der Deutschlandfunk App. | | | | | | | | | | | | |  | | | | | | | | | | | | | Die Redaktion blickt zurück auf das Jahr 1961. Damals reiste mit Alan Shepard der erste US-Amerikaner zu einem kurzen Trip ins Weltall. Weil Juri Gagarin bereits drei Wochen zuvor die Erde umrundet hatte, galt Shepards Flug nicht gerade als großer Erfolg für die USA. Doch damit begann die Aufholjagd der Vereinigten Staaten, die bis zum Mond führte. Im aktuellen Space Race zum Erdtrabanten könnte auch ein Deutscher erstmals dort landen. Der Astronaut Alexander Gerst im Gespräch über seinen Traum vom Mondspaziergang. Außerdem: Wir begleiten ein Aufsehen erregendes Antimaterie-Experiment am CERN, das helfen könnte, das größte Rätsel des Universums zu lösen. | | | | | | | | | | | | | Alan Shepard: Der erste Amerikaner im All | | | | | |  | | | | | | | | | | | | | | | | | Alexander Gerst und der Traum vom Mondspaziergang | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Antimaterie auf Dienstreise: Unterwegs in kosmologischer Mission | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |  | | | | | | | | | | | | | Ihnen gefällt dieser Newsletter? | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | Mr. Sternzeit – Der Deutschlandfunk Weltraum-Newsletter | | | | | | © Deutschlandradio
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