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Wenn Gravitationswellen abgelenkt werden
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
astronews.com
7. Januar 2026
Wie Licht können auch Gravitationswellen von massereichen
Objekten abgelenkt werden, wodurch ein Linseneffekt entsteht, der neue Einblicke
in astrophysikalische Phänomene ermöglicht. Im Rahmen des Projekts "Gravitational Lensing
of Waves", das vom Europäischen Forschungsrat unterstützt wird,
sollen nun Werkzeuge für die Analyse der Signale von abgelenkten Gravitationswellen
entwickelt werden.
Künstlerische Darstellung der Gravitationswellen, die von
der Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern ausgesandt
werden.
Bild: LIGO / T. Pyle [Großansicht] |
Ein Objekt hinter einem Glas Wasser erscheint verzerrt, weil sowohl das Glas
als auch das Wasser die durch sie hindurchlaufenden Lichtstrahlen ablenken. Auch
die Gravitation verursacht einen solchen "Linseneffekt". Licht, das das
Universum durchläuft, wird von massereichen Objekten abgelenkt. So entstehen
manchmal mehrere Bilder derselben astrophysikalischen Quelle. Albert Einstein
hat diesen Gravitationslinseneffekt vorhergesagt, der seitdem zu einem wichtigen
Werkzeug der Astrophysik mit vielen Anwendungsmöglichkeiten geworden ist. Er
wird beispielsweise bei der Suche nach Exoplaneten, bei der Interpretation von
Bildern extrem massereicher Schwarzer Löcher und bei der Erfassung der
Verteilung Dunkler Materie eingesetzt.
Im Jahr 2015 wurden erstmals Gravitationswellen von der Verschmelzung zweier
Schwarzer Löcher in den Tiefen des Universums nachgewiesen. Das
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik hat maßgeblich zu diesem Durchbruch
beigetragen, der 2017 mit dem Nobelpreis für Physik gewürdigt wurde. Seitdem
haben Gravitationswellenforscherinnen und -forscher mehr als 200 Signale von
verschmelzenden Schwarzen Löchern und Neutronensternen beobachtet. Diese
Beobachtungen geben Aufschluss über die letzten Momente kompakter Binärsysteme
und bieten einen neuen Blickwinkel auf ihre Population.
Während die Wellen den Weltraum durchlaufen, werden sie von massereichen
Objekten abgelenkt, vergrößert und verzerrt. Abgelenkte Gravitationswellen
zeigen Interferenz- und Beugungsmuster, die eine einzigartige Gelegenheit zur
Erforschung des Universums bieten. Allerdings sind noch große theoretische
Fortschritte erforderlich, um diese subtilen Signaturen zu erkennen und zu
interpretieren.
"Abgelenkte Gravitationswellen vereinen zwei Vorhersagen von Einsteins
Theorie. Sie transportieren Informationen über die Objekte, denen sie auf ihrer
Reise begegnen. Indem wir sie untersuchen, können wir Sterne, deren Überreste
und Dunkle Materie erforschen. Wir können damit auch die am weitesten entfernten
Verschmelzungen von Schwarzen Löchern aufzuspüren und das Wesen der Gravitation
untersuchen", erklärt Miguel Zumalacárregui, Gruppenleiter in der Abteilung für
Astrophysik und kosmologische Relativitätstheorie am Max-Planck-Institut für
Gravitationsphysik. Mit seinem ERC-Projekt "Gravitational Lensing of Waves"
(GLOW) will er die theoretischen Grundlagen und die numerischen Werkzeuge
entwickeln, die für die Modellierung von Linseneffekten durch komplexe
Verteilungen von Materie erforderlich sind. Das Projekt wird vom europäischen
Forschungsrat mit einem Budget von 2.185.000 Euro über fünf Jahre gefördert.
Ein wichtiges Ziel ist die Entwicklung neuartiger Methoden der Datenanalyse.
Mit ihnen sollen abgelenkter Gravitationswellen entdeckt und interpretiert
werden, darunter auch solche von kompakten Doppelsystemen, die zu weit entfernt
sind, um sie mit den heutigen Detektoren zu beobachten. "Anhand der Signaturen
der Linseneffekte können wir kleine Halos aus Dunkler Materie untersuchen und
charakterisieren. Sie sind sonst nur sehr schwer zu erforschen", sagt
Zumalacárregui. "GLOW wird auch neue Tests von Gravitationstheorien auf
kosmologischen Skalen sowie der Dunklen Energie ermöglichen. Außerdem werden wir
dieselben Methoden auf andere Quellen wie schnelle Radioausbrüche ausweiten."
Dank bevorstehender Upgrades der Gravitationswellen-Detektoren und
Radioteleskope könnten diese Effekte noch während der Laufzeit des Projekts
beobachtet werden. Das würde eine einzigartige Gelegenheit bieten, die
dunkelsten Objekte im Universum zu untersuchen.
Miguel Zumalacárregui studierte Physik an der Autonomen Universität Madrid
und der Universität Barcelona. Er promovierte im Jahr 2012 an der Autonomen
Universität Madrid und war anschließend als Postdoktorand in Madrid, Heidelberg,
Stockholm und Berkeley tätig. Seit 2020 ist er Gruppenleiter in der Abteilung
für Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie am
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik im Potsdam Science Park.
Der Europäische Forschungsrat (ERC) vergibt sogenannte Consolidator Grants an
herausragende Forscherinnen und Forscher, um unabhängige Forschungsteams weiter
zu stärken und auszubauen. Der ERC unterstützt Projekte an europäischen
Forschungseinrichtungen für einen Zeitraum von fünf Jahren. Im Jahr 2025 gingen
3121 Anträge für ERC Consolidator Grants ein, von denen 349 gefördert wurden.
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