Gravitationswellen vermessen das Universum (Originalartikel vom 05.01.2018)

Print Friendly, PDF & Email

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

NGC 4993 ist die Galaxie, in der sich das Gravitationswellenereignis GW170817 ereignete, mit dem das Alter des Universums gemessen wurde. Die Quelle des Ereignisses ist der rötliche Punkt oben links vom Zentrum der Galaxie; der Punkt war in älteren Bildern nicht vorhanden. NASA und ESA

 

Die direkte Messung von Gravitationswellen von mindestens fünf Quellen während der letzten zwei Jahre liefert eine eindrucksvolle Bestätigung für das Einsteinsche Modell über Gravitation und Raumzeit. Das Erstellen von Modellen von diesen Ereignisse hat auch Informationen über massive Sternentstehung, Gammastrahlenausbrüche, Eigenschaften von Neutronensternen und (zum ersten Mal) den Nachweis zu theoretischen Überlegungen geliefert, auf welchem Weg die sehr schweren Elemente, etwa Gold, erzeugt werden.

Astronomen haben jetzt mit einem einzelnen Gravitationswellenereignis (GW170817) das Alter des Universums gemessen. Die CfA-Astronomen Peter Blanchard, Tarreneh Eftekhari, Victoria Villar und Peter Williams waren Mitglieder in einem Team von 1.314 Wissenschaftlern aus der ganzen Welt, die zur Messung von Gravitationswellen eines verschmelzenden Neutronensternpaares, dem die Messung von Gammastrahlung folgte, beigetragen haben und denen danach die Identifikation des Ortes der Katastrophe in der Galaxie NGC 4993 gelang; die Quelle entdeckte man in Bildern, die mit unterschiedlicher Zeitverzögerung von Röntgen- bis Radiowellenlängen aufgenommen wurden.

Eine Untersuchung der Gravitationswellen von diesem Ereignis leitete deren spezifische Stärke ab. Die beobachtete Intensität ist niedrig und daraus läßt sich schließen (da die Stärke mit dem Abstand von der Quelle abnimmt), daß die Quelle ungefähr 140 Millionen Lichtjahre entfernt ist. NGC 4993, die Heimatgalaxie des Ereignisses, besitzt wegen der Expansion des Universums eine Fluchtgeschwindigkeit, die durch ihre Spektrallinien gemessen werden kann. Zu wissen, wie weit die Galaxie entfernt ist und wie schnell sie sich von uns entfernt, erlaubt den Forschern, die Zeit zu berechnen, zu der die Ausdehnung begann – und damit das Alter des Universums: im Hinblick auf die experimentellen Unsicherheiten in einem Zeitraum von vor ungefähr 11.9 bis 15.7 Milliarden Jahre.

Das aus diesem einzelnen Ereignis abgeleitete Alter ist mit Schätzungen aus jahrzehntelangen Beobachtungen vereinbar, die sich auf statistische Methoden zweier anderer Quellen stützen: die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMBR) und die Bewegungen von Galaxien. Bei der CMBR vertraut man auf die Kartierung der sehr schwachen Abweichung des Lichts von seiner durchschnittlichen Verteilung, Licht, das aus einer Zeit von ungefähr vierhunderttausend Jahren nach dem Urknall stammt; der zweite Fall beinhaltet eine statistische Auswertung der Entfernungen und Bewegungen zehntausender Galaxien aus in vergleichsweise jüngster Zeit. Die Tatsache, daß man mit diesem einen Gravitationswellenereignis ein Alter für das Universum ermitteln konnte ist bemerkenswert und nicht mit jeder Gravitationswellenmessung möglich. In diesem Fall konnte man die Quelle im sichtbaren Licht ausmachen (so daß eine Geschwindigkeit gemessen werden konnte) und die Quelle war weder zu weit entfernt noch zu lichtschwach. Mit einer großen statistischen Stichprobe jedweder Art von Gravitationswellenereignissen wird man den heutigen Wertebereich für das Alter einschränken können.

Das neue Ergebnis ist aus einem weiteren Grund von großem Interesse. Obwohl CMBR als auch Galaxienmessungen jede für sich ziemlich genau sind, scheinen sie voneinander um etwa zehn Prozent abzuweichen. Dieser Unterschied könnte nur ein Beobachtungsfehler sein, aber einige Astronomen hegen den Verdacht, es könnte sich um eine reale Abweichung handeln, die etwas wiederspiegelt, das in unserem Bild des kosmischen Expansionsprozesses gegenwärtig fehlt. Dies steht vielleicht mit der Tatsache in Verbindung, daß die CMBR aus einer weitaus andersartigen Epoche der kosmischen Zeit stammt als die Galaxiendaten. Diese dritte Methode, Gravitationswellenereignisse, könnte helfen, das Rätsel zu lösen.

Literatur:
“A Gravitational-Wave Standard Siren Measurement of the Hubble Constant”
The LIGO Scientific Collaboration et al.
Nature Volume:
551, Pages:
85–88 Date published:
(02 November 2017)

oder

arXiv: 1710.05835v1 [astro-ph.CO]

Comments are closed, but trackbacks and pingbacks are open.