Das Geheimnis Schwarzer Löcher ergründen und die Allgemeine Relativitätstheorie testen

Wissenschaftler bereiten sich in Potsdam auf die schnelle und gezielte Datenauswertung des Weltraumobservatoriums LISA vor

Ein interdisziplinäres und internationales Expertenteam bereitet sich derzeit im Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Potsdam-Golm auf die Auswertung von Daten vor, die das Weltraumobservatorium LISA liefern wird.

Mit LISA (Laser Interferometer Space Antenna), einem gemeinsamen Projekt von ESA und NASA, wird es erstmals möglich sein, die Gravitation im Umfeld eines Schwarzen Lochs zu bestimmen, die das Schwarze Loch umgebende Raumzeit zu kartieren und damit die Allgemeine Relativitätstheorie einem strengen Test zu unterziehen.

Die Wissenschaftler des AEI sind sowohl von der theoretischen als auch von der experimentellen Seite her federführend an der LISA Mission beteiligt:

• Prof. Dr. Bernard F. Schutz, Direktor am AEI, im Bereich der theoretischen Astrophysik und Datenanalyse
• Prof. Dr. Karsten Danzmann, Direktor am Hannoveraner Teilinstitut des AEI leitet die europäische Seite der LISA-Mission

Hintergrund

Seit Jahrzehnten staunen Wissenschaftler darüber, dass man so gigantische Phänomene wie Schwarze Löcher mit nur zwei Größen beschreiben kann: mit ihrer Masse und ihrer Drehgeschwindigkeit. Obwohl sie sich aufgrund der starken Gravitation in ihrer Umgebung alles einverleiben, was ihnen zu nahe kommt, geben sie keine Informationen über den Verbleib der „verschluckten“ Materie oder über die eigene Geschichte preis. Masse und Drehgeschwindigkeit bleiben bislang die einzigen Merkmale, ein Schwarzes Loch zu charakterisieren. Der Nobelpreisträger Subramaniam Chandrashekhar bemerkte dazu einmal, nichts habe ihn mehr erstaunt als die Tatsache, dass man so gigantische Phänomene im Universum mit nur zwei Größen beschreiben kann.

Erstmals gibt es jetzt einen aussichtsreichen Weg, mehr über Schwarze Löcher und die Gravitation in Ihrer Nähe zu erfahren und gleichzeitig die Allgemeine Relativitätstheorie einem strengen Test zu unterziehen: Mittels der Beobachtung kleiner Objekte und ihrer unregelmäßigen und komplizierten Bahnen, die sie um ein Schwarzes Loch ziehen. Aus den dabei entstehenden charakteristischen Gravitationswellen können Wissenschaftler Rückschlüsse auf den genauen Verlauf des Orbits, die kontinuierliche Annäherung an das Schwarze Loch und die Verteilung der Gravitation im Umfeld des Schwarzen Lochs ziehen.

Beobachten können wird man solche Gravitationswellen ab 2015 mit LISA dem Laserinterferometer im Weltall. Weltweit laufen daher heute schon – unter Federführung der Wissenschaftler des AEI – die Vorbereitungen zur Analyse der Daten, die LISA zur Erde funken wird.

LISA

LISA wird aus drei in Form eines gleichschenkligen Dreiecks angeordneten Satelliten bestehen, die mittels Laserstrahlen über eine Strecke von jeweils 5 Millionen Kilometern miteinander verbunden sind. Die Entwicklung der LISA Technologie schreitet mit riesigen Schritten voran und wird ab 2009 mit der LISA Pathfinder Mission im Weltraum getestet.

Schwarze Löcher

Von außen betrachtet ist ein Schwarze Loch kein fassbares Objekt, sondern eine Raumregion, in die Materie zwar von außen hineinfallen, aus der aber nichts entweichen kann. Die Grenze zwischen dieser Region und dem restlichen Weltall wird als Ereignishorizont bezeichnet. Schwarze Löcher üben auf ihre Umgebung einen starken Schwerkrafteinfluss aus: Sie lenken beispielsweise die Bahnen naher Sterne ab oder ziehen das Gas benachbarter Sterne zu sich.