Wissenschaftler haben Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie mit der Entdeckung der bisher stärksten Gravitationswelle, GW250114 genannt, erneut bestätigt. Dieses Ereignis, das aus der Kollision zweier 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernter Schwarzer Löcher mit 30 Sonnenmassen entstand, liefert den bislang stärksten Beweis für Einsteins jahrhundertealte Theorie.
Strenge Tests durch beispiellose Klarheit
Die Gravitationswelle wurde am 14. Januar 2025 vom US-amerikanischen Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) entdeckt. Was dieses Signal auszeichnet, ist seine außergewöhnliche Klarheit – etwa dreimal schärfer als die bahnbrechende Entdeckung von 2015, die erstmals Gravitationswellen bestätigte. Diese erhöhte Präzision ermöglichte eine gründlichere Prüfung von Einsteins Vorhersagen als je zuvor.
Von entscheidender Bedeutung waren die Verbesserungen der Detektorempfindlichkeit, die durch ein Jahrzehnt von Modernisierungen zur Minimierung von Lärm aus Quellen wie seismischer Aktivität erreicht wurden. Die Instrumente waren in der Lage, Raumzeitverzerrungen zu messen, die 700 Billionen Mal kleiner waren als die Breite eines menschlichen Haares.
Der „Ringdown“ des Schwarzen Lochs enthüllt weitere Bestätigung
Nach der Verschmelzung „klingelte“ das neu entstandene Schwarze Loch kurzzeitig und vibrierte wie eine angeschlagene Glocke. Diese Phase sendet unterschiedliche Gravitationswellenmuster („Töne“) aus, die die Masse und den Spin des Schwarzen Lochs kodieren. In GW250114 entdeckten die Forscher zwei von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagte Primärtöne, wobei beide Messungen perfekt übereinstimmten – was die Genauigkeit der Theorie untermauerte.
Zum ersten Mal identifizierten Wissenschaftler auch einen subtilen „Oberton“, der durch Einsteins Gleichungen vorhergesagt wurde und zu Beginn des Klingelns erschien. Diese Bestätigung stärkt die Beweise für die allgemeine Relativitätstheorie weiter. Jede Diskrepanz hätte eine Neubewertung unseres grundlegenden Verständnisses der Schwerkraft erforderlich gemacht.
Hawking’s Area Law ebenfalls überprüft
Frühere Analysen von GW250114 bestätigten eine weitere wichtige Vorhersage: das Flächengesetz von Stephen Hawking, das besagt, dass die Oberfläche eines Schwarzen Lochs niemals schrumpfen kann. Die Gesamtoberfläche der ursprünglichen Schwarzen Löcher betrug etwa 93.000 Quadratmeilen (ungefähr die Größe Oregons). Die Oberfläche des resultierenden Schwarzen Lochs wuchs auf 155.000 Quadratmeilen (näher an die Größe Kaliforniens), was mit Hawkings Theorie übereinstimmt.
Die Zukunft der Schwerkraftforschung
Trotz des anhaltenden Erfolgs der Allgemeinen Relativitätstheorie räumen Physiker ein, dass sie wahrscheinlich unvollständig ist. Die Theorie ist nicht in der Lage, dunkle Materie und dunkle Energie zu erklären oder mit der Quantenmechanik in Einklang zu bringen. Die Hoffnung besteht darin, dass zukünftige Gravitationswellennachweise subtile Abweichungen von Einsteins Vorhersagen aufdecken und auf eine neue Physik hinweisen.
Detektoren der nächsten Generation, wie das geplante Einstein-Teleskop in Europa und der Cosmic Explorer in den USA, werden zehnmal empfindlicher sein. Sie werden niederfrequentere Wellen von massereicheren Schwarzen Löchern erkennen und so völlig neue Klassen dieser kosmischen Objekte erforschen. Die im Jahr 2035 startende European Laser Interferometer Space Antenna (LISA) wird Gravitationswellen von supermassereichen Schwarzen Löchern beobachten und möglicherweise Dutzende Töne innerhalb eines einzigen Verschmelzungsereignisses offenbaren.
„Wir leben in einem Regime, in dem wir nicht über genügend Daten verfügen … Sobald LISA online ist, werden wir überfordert sein.“
Mit der weiteren Finanzierung verspricht die künftige Gravitationswellenwissenschaft, weitere Einblicke in die Natur der Schwerkraft und des Universums zu gewinnen.
