Gravitationswellen zweier kollidierender Neutronensterne in einer weit entfernten Galaxie haben Astrophysiker möglicherweise letzte Woche mit dem Detektor LIGO aufgefangen – und auch Teleskope, die denselben Bereich des Himmels untersuchten, könnten das Ereignis detektiert haben.

Derzeit kursieren online viele Gerüchte über die mögliche Entdeckung. Wissenschaftler in aller Welt zeigen sich gespannt. Eine solche Messung könnte eine neue Ära der Astronomie eröffnen: Phänomene werden nicht nur von traditionellen Teleskopen gesehen, sondern auch durch Vibrationen der Raumzeiten "gehört". "Es wäre ein großer Fortschritt für unser bisheriges Verständnis", sagt Stuart Shapiro, Astrophysiker der University of Illinois in Urbana-Champaign.

Gravitationswellen-Forscher kommentierten die Gerüchte bisher nicht, da sie die Daten aktuell noch untersuchen. Öffentlich einsehbaren Aufzeichnungen zufolge beobachteten Teleskope auf der ganzen Welt jene Galaxie, in der mutmaßlich die beiden Neutronensterne kollidierten. Astronomen warnen jedoch, dass sie ein anderes Ereignis untersucht haben könnten.

Was sind die Gerüchte?

Das in den USA gelegene Gravitationswellen-Observatorium LIGO hat bisher dreimal Gravitationswellen – Kräuselungen in der Raumzeit – nachgewiesen, die nach dem Zusammenstoß zweier Schwarzer Löcher entstanden. Wissenschaftler hofften jedoch, Unebenheiten anderer kosmischer Ereignisse zu detektieren, wie etwa die der Verschmelzung von Neutronensternen, Überbleibsel explodierter schwerer Sterne, die nicht schwer genug waren, um als Schwarzes Loch zu kollabieren. Ein solches Ereignis sollte außerdem Strahlung des gesamten elektromagnetischen Spektrums von Radiowellen bis hin zu Gammastrahlen emittieren, die Teleskope aufzeichnen können.

Am 18. August 2017 goss der Astronom J. Craig Wheeler der University of Texas in Austin Öl ins Feuer der Gerüchteküche, als er folgende Aussage twitterte: "Neues von LIGO. Quelle mit optischem Gegenstück. Das haut dich von den Socken!" Eine Stunde später twitterte der Astronom Peter Yoachim der University of Washington in Seattle, dass LIGO ein Ereignis in der Galaxie NGC 4993 im Sternbild Hydra detektierte. Zusätzlich hätten Teleskope in dem etwa 40 Millionen Parsec (130 Millionen Lichtjahre) entfernten Himmelsobjekt ein dazu passendes optisches Signal aufgespürt. "Verschmelzung zweier Neutronensterne lautet die erste Einschätzung", schrieb er anschließend. Wie allerdings Astronomen berichten, die anonym bleiben möchten, kursierten privat erste Gerüchte schon vor Wheelers und Yoachims Tweet.

Falls Gravitationswellen-Forscher ein Signal entdeckten, ist es plausibel, dass sie sehr schnell seine Herkunft beurteilen konnten: Ob zwei kollidierende Schwarze Löcher oder Neutronensterne, jedes Ereignis besitzt seine eigene Handschrift. Dennoch müssen die Forscher ihre Daten sorgfältig untersuchen, um den Ursprung des Ereignisses genau zu bestimmen.

Möglich ist auch, dass LIGOs Schwester-Observatorium Virgo in Pisa, das LIGO seit August 2017 nach längerer Pause bei der Suche nach Gravitationswellen unterstützt, das Ereignis detektierte. Dadurch könnten Forscher die Quelle noch präziser identifizieren. Virgo ist bei Verschmelzungen von Neutronensternen nicht empfindlich genug, um Quellen jenseits von Entfernungen von durchschnittlich 25 bis 27 Millionen Parsec zu identifizieren. Allerdings könne es in manchen Himmelsrichtungen Signale aus bis zu 60 Millionen Parsec auffangen, sagt Physiker Giovanni Losurdo, der die Erweiterung des Detektors leitete.

Sowohl Wheeler als auch Yoachim verweigerten jegliche Stellungnahme. Später entschuldigte sich Wheeler auf Twitter: "Richtig oder falsch, ich hätte diesen Tweet nicht absenden sollen. LIGO verdient die Bekanntgabe, sobald sie sie für angemessen erachten. Mea culpa."

Was haben Teleskope beobachtet?

Anonyme Astronomen zitieren Gerüchte, denen zufolge das Gammastrahlen-Teleskop Fermi der NASA Gammastrahlen erspähte, die aus derselben Region stammen, wie die potenzielle Gravitationswellen-Quelle. Ein leitendes Mitglied von Fermi lehnte es ab, das zu kommentieren.

Diese Beobachtungen passen zu der Vermutung, dass Kollisionen von Neutronensternen für das rätselhafte Phänomen der Gammablitze verantwortlich sind. Solche extremen Strahlungsausbrüche dauern ein paar Sekunden, gefolgt von einem tagelangen Nachglühen im sichtbaren Licht sowie im Radiowellen- und Röntgenstrahlenbereich. Doch Astronomen warnen: Selbst wenn das Fermi-Teleskop Gammablitze aufzeichnete, wäre es nicht möglich, deren genauen Ursprung zu ermitteln.

ALMA-Teleskop unter den Magellanschen Wolken
© ESO/C. Malin / ALMA / CC BY 4.0 CC BY
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 Bild vergrößernALMA-Teleskop unter den Magellanschen Wolken

Allerdings deutet immer mehr darauf hin, dass nach einem Aufruf Teleskope auf der ganzen Welt die Galaxie NGC 4993 auf das Ereignis hin untersuchten. Einem am 22. August veröffentlichten Tweet von "SpaceTelescope Live" zufolge – das aktuelle Neuigkeiten des Hubble-Teleskops veröffentlicht – beobachteten einige Astronomen die Verschmelzung zweier Neutronensterne, indem sie den Spektrografen im Hubble-Teleskop nutzten. Dieses Instrument verwenden Forscher gewöhnlich, um das Nachglühen von Gammablitzen zu beobachten. Der Tweet wurde mittlerweile gelöscht.

Laut einem am 23. August erschienenen Kommentar im Blog des Astrophysikers Peter Coles der Cardiff University in England hatte auch das Röntgenstrahlen-Observatorium Chandra der NASA die Suche aufgenommen. Die Website von Chandra beinhaltet öffentlich einsehbare Aufzeichnungen einer Beobachtung vom 19. August. Das Teleskop spähte die Galaxie NGC 4993 aus, um ein Ereignis namens SGRB170817A – das Kürzel steht für "kurzer Gammablitz am 17. August 2017" – zu beobachten. Der spannendste Teil des Berichts liegt in den "Auslösekriterien", die den Grund für eine Änderung der angedachten Beobachtungsrichtung angeben. Dieses sagt: "Gravitationswellen-Quelle von aLIGO, VIRGO oder beiden detektiert."

Öffentlich einsehbare Aufzeichnungen anderer großer astronomischer Einrichtungen – darunter das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte und das weltweite erste Radioteleskop im Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile – zeigen, dass diese ebenfalls NGC 4993 am 18. und 19. August beobachteten.

Was könnten wir aus der Verschmelzung von Neutronensternen lernen?

Gravitationswellensignale aus der Verschmelzung Schwarzer Löcher sind kurz; sie dauern typischerweise weniger als eine Sekunde. Eine Verschmelzung von Neutronensternen dagegen könnte ein Signal hervorbringen, das bis zu einer Minute anhält, da Neutronensterne leichter sind als Schwarze Löcher. Sie geben daher schwächere Gravitationswellen ab und brauchen dadurch länger, um miteinander zu kollidieren. Länger andauernde Ereignisse erlauben deutlich präzisere Tests von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie – jener Theorie, die Gravitationswellen voraussagt –, was uns womöglich mehr Anhaltspunkte zur Entstehung von Neutronensternen gibt.

Die kurzen Gammablitze, die laut den Gerüchten von den Teleskopen beobachtet wurden, wären ebenfalls bedeutsam – sie könnten astrophysikalische Theorien über den Zusammenhang von Gammablitzen und Neutronensternkollisionen bestätigen. "Nur Gravitationswellen können uns den schlagenden Beweis liefern", weiß Eleonora Troja, Astrophysikerin am NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Dennoch, ein kurzer Gammablitz wäre schon an sich eine wichtige Entdeckung. NGC 4993 – 40 Millionen Parsec entfernt – wäre der nächste kurze Gammablitz, der je aufgezeichnet wurde, so der Astrophysiker Derek Fox von der Pennsylvania State University. Die meisten solcher Ereignisse werden im entfernten Universum beobachtet, Milliarden von Parsec entfernt.

Die Details der Gravitationswellen während der Kollision und in den darauf folgenden Momenten könnten außerdem Informationen über die Struktur von Neutronensternen verraten, die bisher weitgehend unbekannt ist. Zusätzlich ließe sich wohl klären, ob ihre Verschmelzung wiederum einen Neutronenstern hervorbringt oder ein Schwarzes Loch erzeugt.

Wann wissen wir Genaueres?

Am 25. August 2017 beendeten LIGO und Virgo ihre aktuelle Datenerhebung, wonach die Forscher allerdings nur ein "top-level update" posten werden. Dies bezeichnet eine kurze Mitteilung, die darlegt, ob LIGO potenzielle Ereignisse detektiert hat, erklärt David Shoemaker, ein Physiker am Massachusetts Institute of Technology und LIGOs Pressesprecher. "Es wird eine Weile dauern, den Daten gerecht zu werden und sicherzugehen, dass wir ein glaubwürdiges Ergebnis publizieren können", fügt er hinzu.

Der Artikel erschien im Original unter dem Titel "Rumours swell over new kind of gravitational-wave sighting" in "Nature".