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07:18 20.03.2014
Von Juliane Kaune
Wegweisende Apparatur: Im AEI testet Karsten Danzmann Lasermessgeräte. Quelle: Rainer Dröse (Archiv)
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Hannover

Was sind schon 17 Monate, wenn der Urknall 13,8 Milliarden Jahre zurückliegt? Das ist quasi schon übermorgen. Prof. Karsten Danzmann bleibt gelassen. „Eigentlich kann jetzt nichts mehr schief gehen“, sagt der Direktor des hannoverschen Albert-Einstein-Instituts (AEI). Im August nächsten Jahres startet im südamerikanischen Französisch-Guayana eine Trägerrakete, die einen Satelliten für eine spektakuläre Mission an Bord hat. Ziel ist es, den ungelösten Rätseln des Universums auf den Grund zu gehen. Und Danzmann ist dabei, wenn die Rakete in die Weiten des Alls geschossen wird.

Der Gravitationsphysiker der Leibniz-Uni ist einer der beiden führenden Köpfe der internationalen, mehr als 400 Millionen Euro teuren Satellitenmission „Lisa Pathfinder“, die die europäische Weltraumbehörde ESA in Auftrag gegeben hat. Danzmann und seine hannoverschen Kollegen haben entscheidend dazu beigetragen, dass das Projekt beginnen kann. Aus ihren Forschungslaboren in der Callinstraße stammt die hochempfindliche Lasermesstechnik, die der Satellit an Bord hat, der mindestens sechs Monate in 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde rotieren wird.

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Mithilfe dieser Technik soll es künftig gelingen, geheimnisvolle Wellen aufzuspüren, die durch die Weiten des Alls schwingen und sich sogar bis zum Urknall zurückverfolgen lassen. Albert Einstein hatte die Existenz dieser Schwerkraftwellen (Gravitationswellen) vorhergesagt. Sie entstehen immer dann, wenn sich große Massen schnell bewegen - etwa wenn Sterne explodieren, Galaxien zusammenstoßen oder Schwarze Löcher sich umkreisen. Bildlich gesprochen wollen Danzmann und sein Team das Echo, das dabei entsteht, auffangen. „Die Wellen sind gewissermaßen der Klang des Universums“, sagt der Professor.

Gehört hat diesen Klang bisher noch niemand. „Ein direkter Nachweis von Gravitationswellen steht noch aus“, betont Danzmann, dessen Forschergruppe zu den weltweit führenden auf diesem Gebiet gehört. Der indirekte Nachweis der Wellen, der jüngst Wissenschaftlern der US-Uni Harvard mit dem Teleskop „Bicep2“ gelungen ist, sei mit dem wissenschaftlichen Ansatz des AEI nicht zu vergleichen (siehe Extratext). „Wir wollen erstmals im Experiment beweisen, dass es die Schwerkraftwellen wirklich gibt - und wir werden sie messen können“, erklärt Danzmann.

Die Geschichte des Alls

Albert Einstein war sicher: Es gibt Schwerkraftwellen (Gravitationswellen) im All, die entstehen, wenn Massen bewegt werden. Dabei dehnen und stauchen sie den Raum, der die Massen umgibt. Das hat er 1916 in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben und damit die Grundlage für die Beschreibung des sich ausdehnenden Universums geliefert. Einmal in Bewegung geratene Wellen sind nahezu unauslöschbar, und es entstehen immer wieder neue Wellen. So gesehen erzählen sie die Geschichte des Alls – vom Urknall bis heute. Die Wissenschaft verspricht sich davon ungeahnte Erkenntnisse über die Entstehung des Universums. Noch ist es aber keinem Forscher weltweit gelungen, die Wellen im Experiment direkt zu messen.

Die Wissenschaftler der US-Uni Harvard haben jüngst einen indirekten Nachweis der Schwerkraftwellen erbracht. Mit dem Teleskop „Bicep2“ entdeckten sie am Südpol nach jahrelangen Versuchen erstmals einen Beweis dafür, dass sich das All bei seiner Entstehung vor 13,8 Milliarden Jahren in den ersten Sekundenbruchteilen blitzartig ausgedehnt hat – sozusagen von der Größe eines Subatoms auf die Größe eines Fußballs. Dieser Prozess spiegelt sich nach Angaben der Forscher in der sogenannten kosmischen Hintergrundstrahlung wider, die als ein „Nachglimmen“ des Urknalls bis heute durchs All schimmert. In dieser allgegenwärtigen Strahlung fanden die Forscher auch ein Muster, das Gravitationswellen dort etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall hinterlassen haben. Das kann man sich vorstellen wie den Abdruck eines Fossils – einen indirekten Nachweis für ein vor langer Zeit geborenes Lebewesen. Somit gelang zwar kein direkter Nachweis der Wellen. Aber erstmals wurde experimentell bewiesen, dass das All mit dem Urknall tatsächlich „explodiert“ ist.

Ein ambitioniertes Projekt, für das es einen langen Atem braucht. Bereits vor gut zwei Jahrzehnten haben sich der heute 59-jährige Professor („ich will 120 Jahre alt werden“) und sein Team auf die Spur der Wellen begeben, die als Schlüssel zu den Geheimnissen des Alls gelten. Und die Ziele für die Zukunft sind abgesteckt: 2034 soll eine internationale, nach derzeitigem Stand bis zu zwei Milliarden Euro teure Weltraummission an den Start gehen, für die „Lisa Pathfinder“ als Pilotprojekt den Weg bereitet. Im Zuge der Mission „eLisa“ sollen drei Satelliten für mindestens fünf Jahre 50 Millionen Kilometer von der Erde entfernt positioniert werden, um die Wellen direkt in den Weiten des Alls aufzuspüren. Wieder wird die erforderliche Lasertechnik aus dem AEI kommen, die Vorbereitungen haben bereits begonnen.

Danzmann ist allerdings sicher, dass es deutlich schneller gehen wird, die ersten Wellen direkt zu messen - vielleicht könnte es schon 2017 so weit sein. Denn auch auf der Erde sammeln die hannoverschen Forscher seit Jahren wichtige Daten. Spezielle Laserdetektoren, die sie entwickelt haben, reagieren auf winzigste Schwingungen und sollen die Gravitationswellen vom Boden aus orten. Die 600 Meter langen Messgeräte kommen in der Außenstelle des Instituts in Ruthe im Detektor „Geo 600“ zum Einsatz. Der wiederum ist Vorbild für weltweit nur drei weitere spezielle irdische „Horchposten“ ins All, die Forscher in den USA und Italien betreiben. Diese sind zwar größer, aber sie arbeiten mit der in Hannover entwickelten Technik. „Die Milchstraße in 50 000 Lichtjahren Entfernung haben wir längst im Blick“, sagt Danzmann. Auch in andere Galaxien, die mit 40 Millionen Lichtjahren unvorstellbar weit entfernt sind, können die Forscher von Ruthe aus vordringen. In den nächsten Jahren soll es gelingen, Vorgänge ins Visier zu nehmen, die bis zu 60 Millionen Lichtjahre entfernt sind.

Eine Konkurrenz, welcher Detektor die begehrten Wellen zuerst ortet, gebe es nicht, betont Danzmann. „Wir haben alle ein gemeinsames Ziel.“

Veranstaltung

Einen Einblick in seine Forschungen gibt das AEI am Freitag ab 20.30 Uhr in der Reihe „Herrenhausen Late“ im Schloss Herrenhausen; der Eintritt ist frei.

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