Die Entdeckung von Gravitationswellen war eine der wissenschaftlichen Sensationen der vergangenen Jahre. Maßgeblich daran beteiligt war der US-Physiker Rainer Weiss, einer der führenden Wissenschafter des Observatoriums Ligo. Jahrzehntelang widmete er sich den technischen Herausforderungen, um die wellenförmigen Stauchungen und Dehnungen von Raum und Zeit, die etwa bei der Verschmelzung von Schwarzen Löchern entstehen, nachzuweisen. 2017 wurde ihm für den geglückten Nachweis dieser Vorhersage von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie gemeinsam mit Kip Thorne und Barry Barish der Physik-Nobelpreis zugesprochen.

Bei der Lindauer Nobelpreisträgertagung Anfang Juli diskutierte Weiss mit Nachwuchsforschern die Entdeckungsgeschichte der Gravitationswellen und künftige Pläne. Kommenden Freitag hält er im Rahmen einer Konferenz zum Mathematiker Kurt Gödel einen Vortrag in Wien.

Vergangene Woche hielt Rainer Weiss einen Vortrag in Prag (im Bild), dieses Interview fand im Rahmen der Nobelpreisträgertagung in Lindau Anfang Juli statt.
Foto: Imago/Michal Kamaryt

STANDARD: Im Februar 2016 wurde bekannt, dass zum ersten Mal Gravitationswellen gemessen werden konnten. Welche Beobachtungen werden aktuell im Observatorium Ligo gemacht?

Weiss: Wir detektieren im Schnitt alle eineinhalb Wochen Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher entstanden sind. Wir haben auch ein Ereignis gemessen, bei dem Neutronensterne verschmolzen sind. Weiters gibt es den Verdacht, dass wir Gravitationswellen gemessen haben, die durch ein Doppelsystem von einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch entstanden sind – aber das ist noch nicht gesichert.

Die 1,3 Milliarden Jahre lange Reise von Gravitationswellen und ihre Detektion in drei Minuten erklärt. Video: LIGO Lab Caltech, MIT


LIGO Lab Caltech : MIT

STANDARD: Was sind die zukünftigen Pläne des Ligo?

Weiss: Wir arbeiten daran, den Detektor stückweise zu verbessern. Wenn wir die Sensitivität um den Faktor zwei verbessern, können wir doppelt so weit ins Universum blicken. Gleichzeitig können wir damit ein achtmal so großes Volumen abdecken. Wenn wir eine kleine Verbesserung schaffen, können wir einen viel größeren Bereich untersuchen. Unser Ziel ist, den Detektor um den Faktor zehn zu verbessern. Wir wissen noch nicht, wie wir das erreichen, aber es wäre sehr aufregend für uns.

STANDARD: Warum?

Weiss: Wir haben berechnet, wenn wir den Detektor um einen Faktor zehn verbessern, genügt das, um das gesamte Universum abzudecken. Wir könnten damit die vollständige Lebensdauer des Universums umfassen bis vor der Entstehung der ersten Sterne. Wir könnten dann auch die Gravitationswellen aller Paare von Schwarzen Löchern im Universum detektieren. Die Tatsache, so weit im Universum zurückblicken zu können, würde uns ermöglichen, viele interessante kosmologische Fragen zu beantworten.

Gravitationswellen werden durch beschleunigte Massen ausgelöst. Die meisten bisher gemessenen Wellen stammen von der Verschmelzung Schwarzer Löcher.
Foto: REUTERS/The SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) Project

STANDARD: Wie kann die Verbesserung der Detektoren gelingen?

Weiss: Wir haben zwar viele Ideen, aber wir erreichen jetzt einen Punkt, wo wir die fundamentalen Limits dieser Technik erreichen. Momentan arbeiten wir mit zwei L-förmigen Detektoren von je vier Kilometern Länge. Eine Möglichkeit wäre, zehnmal größere Detektoren zu bauen. Das wären zwei L-Formen mit einer Länge von 40 Kilometern. In weiterer Folge hätten wir gerne noch einen dritten Detektor, um die Ereignisse besser lokalisieren zu können. Aber die Finanzierung ist noch unklar, es ist eine sehr teure Angelegenheit.

STANDARD: Von welchen Summen sprechen wir?

Weiss: Darauf will ich noch keine Antwort geben, denn wir haben noch keine seriöse Summe und sind dabei, die Kosten abzuschätzen. Wir haben aber einige Tricks, die den Detektor billiger machen.

STANDARD: Wann könnten diese Detektoren einsatzfähig sein?

Weiss: Wir hoffen, dass es diese verbesserten Detektoren 2030 gibt. Deswegen müssen wir jetzt beginnen, sie zu planen.

Bei einem TEDx-Talk erklärte Rainer Weiss kürzlich, warum Albert Einstein mit der Vorhersage von Gravitationswellen doch recht behalten sollte. Video: TEDx
TEDx Talks

STANDARD: Welche weiteren Quellen von Gravitationswellen könnten mit den neuen Detektoren entdeckt werden?

Weiss: Ich bin mir sicher, dass wir Objekte finden werden, von denen wir jetzt noch nicht einmal wissen, dass es sie gibt. In der Astronomie ist es immer so gewesen, dass man etwas Neues gefunden hat, wenn man eine neue Technologie eingesetzt hat: Zunächst haben wir den Himmel mit optischen Teleskopen beobachtet und festgestellt, dass es da oben ziemlich langweilig ist. Es gibt ein paar Planeten, die sich bewegen und einige Galaxien, aber insgesamt ist nicht viel passiert. Dann sind die UV-Teleskope gekommen, und man hat gesehen, dass viel mehr los ist am Himmel, als man dachte. Durch Röntgenteleskope haben wir erkannt, dass das Universum ein Narrenhaus ist – da draußen tut alles, was und wie es will. Gravitationswellen sind etwas völlig anderes als elektromagnetische Wellen, daher gehe ich davon aus, dass wir auch völlig andere Entdeckungen machen werden.

STANDARD: Was könnten das für Entdeckungen sein?

Weiss: Mein persönlicher Tipp – aber die meisten Leute lachen darüber – sind Wurmlöcher! Haben Sie schon einmal davon gehört?

STANDARD: Wurmlöcher könnten weit entfernte Orte im Universum oder Paralleluniversen durch eine Abkürzung verbinden.

Weiss: Theoretische Physiker denken schon viele Jahre darüber nach ...

STANDARD: ... der experimentelle Nachweis fehlt noch. Wie könnten Gravitationswellendetektoren den Beleg für Wurmlöcher liefern?

Weiss: Wenn wir die 40 Kilometer langen Detektoren haben, könnten wir jede Stunde Gravitationswellen messen, die von Schwarzen Löchern stammen, vielleicht sogar öfter. Es würde nicht lange dauern, bis wir eine Karte von Paaren Schwarzer Löcher im Universum hätten. Wir könnten feststellen, ob es überall im Universum dieselbe Dichte von ihnen gibt. Wenn es in einer Gegend mehr gibt, könnte das ein Hinweis auf ein Wurmloch sein, mit dem wir in ein anderes Universum blicken. Es könnte aber auch ein ganz anderes Phänomen sein, das wir noch nicht kennen. (Tanja Traxler, 24.7.2019)