Wochenlang wirbelten Gerüchte herum, dass Wissenschaftler Gravitationswellen - winzige Wellen in Raum und Zeit - eines neuen Typs entdeckt hätten, der nicht mit kollidierenden Schwarzen Löchern in Verbindung gebracht werden könnte. Und jetzt haben wir die endgültige Bestätigung erhalten, dass wir ähnliche Wellen gesehen haben, die durch die gewaltsame Kollision zweier massereicher superdichter Sterne 100 Millionen Lichtjahre von der Erde erzeugt wurden.
Die Entdeckung wurde am 17. August von einem globalen Netzwerk fortschrittlicher Gravitationswelleninterferometer gemacht, das aus zwei LIGO-Detektoren in den USA und ihrer europäischen Cousine Virgo in Italien besteht. Die Entdeckung ist äußerst wichtig, nicht zuletzt, weil sie dazu beiträgt, einige der größten Rätsel der Astrophysik zu lösen - einschließlich der Ursache der hellen Fackeln, die als "Gammastrahlenausbrüche" bekannt sind, und vielleicht sogar der Herkunft schwerer Elemente wie Gold.
Weiter - in der ersten Person: Martin Hendry, Professor für Gravitationsastronomie und Kosmologie an der Universität von Glasgow.
Als Mitglied der LIGO-Forschungskooperation war ich begeistert, sobald ich die Rohdaten sah. Die nächste Periode war definitiv die intensivste und schlafloseste, aber auch aufregendste in zwei Monaten meiner Karriere.
Die Ankündigung erfolgt wenige Wochen, nachdem drei Wissenschaftler den Nobelpreis für Physik für ihre wichtige Arbeit erhalten hatten, die zur Entdeckung von Gravitationswellen führte, die erstmals im Februar 2016 angekündigt wurde. Seitdem rückt die Erkennung von Gravitationswellen aus kollidierenden Schwarzen Löchern näher - vier weitere ähnliche Ereignisse wurden aufgezeichnet. Aber soweit wir wissen, öffnet die Kollision von Schwarzen Löchern nur ein Fenster zur dunklen Seite des Universums. Wir konnten das Licht solcher Ereignisse mit keinem Instrument einfangen.
Aber GW170817 - der Titel der Veranstaltung am 17. August - hat alles verändert. Denn die Quelle der Wellen waren diesmal zwei "Neutronensterne" - unglaublich dichte Überreste von Sternen von der Größe einer Stadt, die jeweils mehr wiegen als die Sonne. Diese Sterne rasen mit gigantischer Geschwindigkeit umeinander und verschmelzen dann zu einer schrecklichen Kollision, die wir gesehen haben und die das Gewebe von Raum und Zeit betäubt.
Werbevideo:
Gelöste Rätsel
Dieses Weltraumkonzert war nur der Anfang. Astronomen haben lange vermutet, dass die Verschmelzung zweier Neutronensterne eine Ouvertüre für einen kurzen Gammastrahlenausbruch sein könnte - einen starken Ausbruch von Gammastrahlen, die in einem Bruchteil einer Sekunde mehr Energie emittieren als die Sonne in zehn Milliarden Jahren. Wir beobachten seit Jahrzehnten Gammastrahlen, aber wir wussten nicht, was sie verursacht hat.
Nur 1,7 Sekunden nach dem Eintreffen der Gravitationswellen von GW170817 auf der Erde entdeckte der Fermi-Satellit der NASA einen kurzen Ausbruch von Gammastrahlen in derselben Region des Himmels. LIGO und Virgo fanden eine rauchende Waffe und die Verbindung zwischen Neutronensternkollisionen und kurzen Gammastrahlen wurde schließlich hergestellt.
Eine Kombination aus Gravitationswellen- und Gammastrahlenbeobachtungen ermöglichte es, die Position der kosmischen Explosion mit einer Genauigkeit von bis zu 30 Quadratgrad des Himmels zu bestimmen - oder 100-mal größer als der Vollmond. Dies wiederum ermöglichte es einer ganzen Batterie astronomischer Teleskope, die für Licht aus dem gesamten elektromagnetischen Spektrum empfindlich waren, diesen kleinen Bereich des Himmels nach dem Nachglühen der Explosion zu durchsuchen. Und sie fanden es - im Rücken der eher bescheidenen Galaxie NGC4993, im Sternbild Hydra.
In den folgenden Tagen und Wochen beobachteten Astronomen die Qual, während die Glut der Explosion aufblitzte und ausging und sich wunderbar zu einem Bild verschmolz, das das sogenannte "Kilon" beschreibt. Es entsteht, wenn Material, das reich an subatomaren Partikeln - Neutronen - aus der ursprünglichen Fusion ist, durch einen Gammastrahlenstoß mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen wird. All dies wird in den umgebenden Raum geworfen und führt zur Produktion schwerer radioaktiver Elemente.
Die instabilen Elemente zerfallen dann mit Strahlungsemission in einen stabilen Zustand. Dies führt zum Leuchten der Kilonova, was wir durch die Erstellung einer detaillierten Karte bestätigt haben. Unsere Beobachtungen stützten auch die Theorie, dass die stabilen Endprodukte dieser Reaktionsketten eine Fülle von Edelmetallen wie Gold und Platin enthalten. Während wir vermuteten, dass Neutronensterne eine Schlüsselrolle bei der Schaffung dieser Elemente im Weltraum spielten, scheint diese Hypothese jetzt viel überzeugender zu sein. In der Tat könnte die Kilonova, die sich aus den Trümmern von GW170817 gebildet hat, Gold produzieren, das so groß ist wie die gesamte Erde - 1000 Billionen Tonnen.
Indem Astronomen die Kilonova zum ersten Mal „intim“betrachten und sehen, wie gut sie in das sich entfaltende astronomische Storyboard passt, das mit der Verschmelzung eines Neutronensterns begann, haben sie einen großen Sprung zum Verständnis dieser brutalen kosmischen Ereignisse gemacht.
Die Idee, dass wir alle aus Sternenstaub bestehen, ist im kulturellen Bewusstsein unglaublich beliebt - überall, von Dokumentarfilmen bis zu Songtexten. Noch interessanter ist das umwerfende Konzept, dass das Gold in unseren Eheringen und Rolex-Uhren aus Neutronen-Sternenstaub besteht. Noch aufregender ist das enorme Potenzial, das sich in radikal neuen Ansätzen zur Erforschung des Weltraums eröffnet.
Gemeinsam - mit Instrumenten, die nicht nur über das gesamte Lichtspektrum arbeiten, sondern auch empfindlich auf Gravitationswellen und sogar Neutrinos reagieren - sind Astronomen bereit, ein völlig neues Fenster in das Universum zu öffnen. Zum Beispiel haben sie ihre Beobachtungen bereits verwendet, um die erste gemeinsame Messung der Expansionsrate des Universums sowohl mit Gravitationswellen als auch mit Licht durchzuführen.
Neue Ergebnisse folgen in Kürze. Mit dieser Explosion beginnt gerade eine neue und aufregende Ära der Multiplayer-Astronomie.
Ilya Khel
