• 03.10.2017
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Physik-Nobelpreis geht an Gravitationswellen-Entdecker

Two Black Holes Merge into One ©SXS
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Two Black Holes Merge into One ©SXS
Two Black Holes Merge into One ©SXS

Vor rund hundert Jahren hat Albert Einstein die Existenz von Gravitationswellen vorhergesagt. Dass man sie jemals nachweisen könnte, glaubte er selbst nicht. Und doch gelang es einem Forscherkonsortium im Herbst 2015. Drei wichtige Köpfe hinter dem Durchbruch erhielten nun den Nobelpreis für Physik.

Der diesjährige Nobelpreis für Physik geht an die US-Forscher Rainer Weiss vom Massachusetts Institute of Technology und an Barry C. Barish und Kip S. Thorne vom California Institute of Technology. Sie werden für "wesentliche Beiträge zum direkten Nachweis von Gravitationswellen" geehrt, wie die schwedische Akademie der Wissenschaften am Dienstag in Stockholm mitteilte.

Rainer Weiss und Kip Thorne haben das LIGO-Konsortium (für Laser Interferometer Gravitationswellen Observatorium) in den 1980er Jahren gegründet, Barry Barish hat sich insbesondere um die erfolgreiche Fortführung des Konsortiums verdient gemacht. Die eine Hälfte des Preisgelds von neun Millionen schwedischen Kronen (rund eine Million Franken) geht an den 85-jährigen Weiss, die andere Hälfte teilen sich der 81-jährige Barish und der 77-jährige Thorne.

Einsteins schwer zu fassende Wellen

Vor rund hundert Jahren postulierte Einstein, dass beschleunigte Massen Störungen in der Raumzeit verursachen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit wellenförmig ausbreiten. Besonders grosse kosmische Ereignisse wie die Kollision von Schwarzen Löchern oder die Explosion von Sternen erzeugen Gravitationswellen, die auf der Erde nachweisbar sind. Dass man diese Wellen allerdings je direkt nachweisen könnte, glaubte Einstein selbst nicht.

Am 14. September 2015 war es dennoch soweit: Zu diesem Zeitpunkt trafen Gravitationswellen, die von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung zur Erde ausgingen, auf das LIGO-Observatorium in den USA und wurde von dessen Detektoren als schwaches Signal aufgezeichnet.

Ein indirekter Nachweis der Gravitationswellen gelang bereits in den 1970er Jahren unter der Leitung der US-Astronomen Russell Hulse und Joseph Taylor. Dafür erhielten sie 1993 den Nobelpreis für Physik.

Triumph für Einsteins Theorie

Der direkte Nachweis, der im Februar 2016 bekannt gegeben wurde, sorgte für Furore und läutete eine neue Ära der Astrophysik ein: Forschende haben damit eine neue Möglichkeit, auf Ereignisse im Universum zu "lauschen". Experten verglichen den Durchbruch daher auch mit einem neuen Sinnesorgan, um den Geheimnissen des Universums nachzuspüren.

"Mit diesem Nachweis konnten wir die Gravitationswellen erstmals wirklich beobachten und feststellen, dass ihre Signatur exakt so aussieht wie von Einstein vorhergesagt", sagte Astrophysiker Kevin Schawinski von der ETH Zürich gegenüber der Nachrichtenagentur sda. "Das war ein Triumph für die Allgemeine Relativitätstheorie."

"Der Nobelpreis für den sensationellen Nachweis war nur eine Frage der Zeit", kommentierte auch Astrophysiker Philippe Jetzer von der Universität Zürich im Gespräch mit der sda. Die drei Preisträger hätten mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften wesentlich zum Gelingen des Unterfangens beigetragen, Weiss mehr als der Experimentator, Thorne eher als Theoretiker und Barish - neben seiner Forschungstätigkeit - als Organisator.

Schade sei es trotzdem, dass der Nobelpreis nicht an Forschungskooperationen verliehen werde, so Jetzer. Zum LIGO-Konsortium gehören über 1000 Forschende aus 20 Ländern. Ursprünglich war neben Thorne und Weiss auch der Brite Ronald Drever ein heisser Kandidat für den Gravitationswellen-Nobelpreis, er verstarb jedoch im März 2017, sodass Barish nachrückte.

Auch ein bisschen für die Schweiz

"Ein bisschen geht dieser Nobelpreis ja auch an die Schweiz", sagte Jetzer der sda. "Immerhin war Einstein Schweizer und hat grosse Teile seiner Allgemeinen Relativitätstheorie hier entwickelt, auch wenn er seinen Aufsatz 'Über Gravitationswellen' nach seinem Umzug nach Berlin veröffentlicht hat." Ausserdem seien auch Schweizer Forschende beim LIGO-Konsortium dabei.

Seit dem ersten Nachweis der Gravitationswellen folgten noch mehrere weitere. Derzeit kursieren Gerüchte, dass es gelungen sei, sowohl Gravitations- als auch Lichtwellen von der Kollision zweier Neutronensterne aufzuzeichnen. "Ich bin sehr gespannt auf die Daten", verriet Schawinski. Das sei das erste Mal, dass man ein solches Ereignis beobachtet habe.

Die Schweiz ist rege beteiligt bei der Jagd nach Gravitationswellen, insbesondere bei der ESA-Mission "LISA" (Laser Interferometer Space Antenna), einem geplanten Gravitationswellen-Observatorium im All aus drei Satelliten. Dieses soll auf andere Frequenzen von Gravitationswellen lauschen als LIGO. Zum Beispiel solche, die von Kollisionen von supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien ausgehen.

Im Juli kam ein wichtiger Probelauf für dieses neue Observatorium zum Abschluss, die "LISA Pathfinder"-Mission, bei der sich auch Schweizer Komponenten bewähren mussten. Die Ergebnisse dieses Testlaufs übertrafen alle Erwartungen.

Die europäische Raumfahrtagentur ESA erklärte "LISA Pathfinder" deshalb zur "Mission des Jahres", was am Mittwoch in Paris gefeiert werden soll. "Da jetzt auch noch der Nobelpreis an dieses Forschungsgebiet ging, sind wir umso glücklicher", sagte Jetzer, Mitglied des LISA-Forschungskonsortiums.

Im vergangenen Jahr hatten die gebürtigen Briten David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz den Physik-Nobelpreis für ihre theoretischen Arbeiten zum Zustand von Materie erhalten.

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