Störung im Gewebe des Universums könnte Beginn der Zeit offenbaren

Hat die Zeit einen Anfang und wenn ja, wann? Auf diese Ur-Fra­ge eine Antwort zu finden, ist ein Grundanliegen der Physik. Ein bes­se­res Verständnis von Störungen der Raumzeit, so­ge­nann­ten Gra­vi­ta­ti­ons­wel­len, könnte dafür sorgen, dass wir ei­ner Lö­sung im­mer nä­her kommen.

Am Anfang war mal wieder Einstein

Es war 1916, als Albert Einstein Gravitationswellen als Folge seiner Relativitätstheorie vorhergesagt hatte. Es sollte fast 100 Jahre dauern, bis die Störungen der Raumzeit, ausgelöst durch die Bewegungen von sehr massiven Objekten, erstmals nachgewiesen werden konnten. Das, was 2015 im Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) für einen aufregenden ersten Ausschlag der Geräte sorgt, verspricht unser Verständnis von Raum und Zeit nachhaltig zu verändern.


"Wir können das frühe Universum nicht direkt sehen, aber vielleicht können wir es indirekt betrachten, wenn wir uns damit auseinandersetzen, wie Gravitationswellen aus dieser Zeit Materie und Strahlung beeinflusst haben, die wir heute beobachten können", so Deepen Garg, Hauptautor eines Artikels, der laut Phys spannende neue Ergebnisse zur Nutzung von Gravitationswellen im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics veröffentlicht. Infografik: LIGOLIGO

Alles fängt mit der Sonne an

Die Basis für ihre Überlegung fanden Garg und sein Mitautor Ilya Dodin vom Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) zunächst in einer ganz anderen Disziplin. Zum Verständnis des Fusionsprozesses der Sonne ist es für Fusionswissenschaftler essenziell zu verstehen, wie sich elektromagnetische Wellen durch Plasma bewegen. Das Forscherteam konnte hier eine erstaunliche Parallele zu den Mechanismen von Gravitationswellen entdecken: "Wir haben im Grunde genommen eine Plasmawellenmethode eingesetzt, um ein Gravitationswellenproblem zu lösen", so Garg.

So gelang es Garg und Dodin neue Formeln zu entwickeln, die sich eine Eigenschaft der Störungen der Raumzeit zunutze machen: Fließen diese Wellen durch Materie, wird Licht erzeugt, dessen Eigenschaften von der Dichte der Materie abhängen. Die Theorie: Wird dieser Mechanismus ausreichend verstanden, können Gravitationswellen theoretisch bisher verborgene Eigenschaften von Himmelskörpern auf ihrem Weg enthüllen.

Diese Eigenschaft der Gravitationswellen lässt sich dann in der Theorie auch dazu nutzen, um einen Blick auf deren Ursprung zu werfen - also auf die Beschaffenheit von Neutronensternen und schwarzen Löchern, durch deren Kollision sie entstanden sind. Doch die Überlegung hört hier nicht auf. Für Garg und seinen Wissenschaftsbereich ist die Beobachtung der Störungen der Raumzeit das vielversprechendste Mittel, um Informationen darüber zu erlangen, was während des Urknalls und der Frühzeit unseres Universums geschah. Was Garg und sein Team aber erst einmal braucht? Zeit! "Wir haben jetzt einige Formeln, aber um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, ist mehr Arbeit nötig."

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