Gravitationswellen-Astronomie

Die Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie sagt voraus, dass Objekte, die sich in einem Gravitationsfeld bewegen, Gravitationswellen aussenden sollten. Dies ist analog zur Emission von elektromagnetischen Wellen durch bewegliche geladene Teilchen, jedoch ist der Effekt viel schwächer. Einstein selbst bezweifelte zunächst die Realität des Effekts und dachte später, obwohl er den Effekt erkannte, dass er zu schwach sei, um jemals entdeckt zu werden. In diesem Kapitel gebe ich eine zusammenfassende Beschreibung der Schritte, die zur Entdeckung von Gravitationswellen durch das LIGO-Experiment im Jahr 2015 führten, und der zunehmenden Rolle, die die Gravitationswellendetektion in der Astrophysik spielt. Die Zeitmessung von Pulsaren in Doppelsternsystemen ab 1974 hatte bereits indirekt gezeigt, dass Gravitationsenergie abgestrahlt wird. In diesem Kapitel wird gezeigt, wie die großen technischen Herausforderungen bei der Detektion von Gravitationswellen bewältigt wurden und sehen die Lösungen, die in den LIGO- und VIRGO-Experimenten verkörpert sind. Der Ursprung der Wellen wurde als Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern identifiziert, von denen jedes eine Masse hatte, die etwa 30-mal so groß war wie die der Sonne. Inzwischen liefern diese Experimente einen regelmäßigen Ertrag an Detektionen, hauptsächlich von der Verschmelzung von Schwarzen Löchern mit stellaren Massen, aber auch von der Verschmelzung von zwei Neutronensternen, die mit herkömmlichen Teleskopen über einen weiten Wellenlängenbereich beobachtet werden konnten. Der Bau neuer bodengestützter Experimente, gefolgt von satellitengestützten Detektoren, markiert eine neue Ära in der Astronomie, eine Ära, die durch den Begriff „Multimessenger-Astronomie“ gekennzeichnet ist, in der die Verschmelzung von Schwarzen Löchern aus dem gesamten Universum in Reichweite kommen sollte.