Schon im Jahr 1916 sagte Albert Einstein voraus, dass die Bewegung massereicher Objekte im Kosmos die Raumzeit zum Schwingen bringen kann. Doch erst knapp 100 Jahre später, im Jahr 2015, gelang es Astronomen mithilfe der Gravitationswellendetektoren LIGO in den USA, diese Gravitationswellen auch nachzuweisen. Sie detektierten die kurzzeitigen, hochfrequenten Raumzeitschwingungen, die beim Verschmelzen zweier stellarer Schwarzer Löcher freiwerden – ins Akustische übertragen, ähneln diese Signale einem kurzen Pfeiflaut oder Tschilpen. Doch schon länger vermuten Physiker, dass es noch weitere, länger anhaltende und sehr langwellige Gravitationswellen im Kosmos geben muss. Der Theorie zufolge müssten solche extrem niederfrequenten Raumzeitschwingungen beispielsweise entstehen, wenn supermassereiche Schwarze Löcher von kollidierenden Galaxien miteinander interagieren, andere Wellen könnten noch aus der Anfangszeit des Kosmos stammen.
Pulsare als Gravitationswellen-Detektoren
Ähnlich wie die kosmische Hintergrundstrahlung das gesamte Weltall mit einem schwachen, aber überall nachweisbaren Rauschen erfüllt, müsste dieser Gravitationswellen-Hintergrund ebenfalls den gesamten Kosmos durchziehen, so die Theorie. Das Problem besteht jedoch darin, diese sehr langwelligen Gravitationswellen nachzuweisen. Weil jede einzelne Schwingung mehrere Lichtjahre lang sein kann und sich die Raumzeit dementsprechend langsam und graduell verändert, ist sie mit irdischen Messinstrumenten nicht nachweisbar. “Um solche gigantischen Gravitationswellen zu detektieren, benötigt man einen Detektor ähnlicher Größe und viel Geduld”, erklärt Maura McLaughlin von der West Virginia University. Deshalb haben sich Astronomen in der Kollaboration “North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves” (NANOGrav) zusammengeschlossen, um mithilfe kosmischer “Helfer” nach diesen Riesenschwingungen zu suchen.
Dafür peilten die Astronomen mithilfe mehrerer großer Radioobservatorien, darunter dem Arecibo-Radioteleskop in Puerto Rico, dem Green Bank Telescope in West Virginia und dem Very Large Array in New Mexico 67 Millisekunden-Pulsare in unserer Galaxie an. Pulsare sind Neutronensterne, die sich extrem schnell um die eigene Achse drehen und dabei wie eine Art kosmischer Leuchtturm einen gebündelten Strahl von Radiowellen aussenden. Von der Erde aus geben diese Pulsare dadurch schnelle, aber sehr regelmäßige Radiopulse von sich. An diesem Punkt kommen die langwelligen Gravitationswellen ins Spiel: Wenn sie die Raumzeit zwischen uns und den Pulsaren dehnen und stauchen, dann verändert dies auch die Laufzeit der Radiopulse von den Pulsaren. Theoretisch müsste sich dies in winzigen Unregelmäßigkeiten ihres eigentlich regelmäßigen “Tickens” zeigen. Im Laufe mehrerer Jahre müsste die Art dieser Verschiebungen die Form der Raumzeitschwingungen nachzeichnen. “Pulsare sind allerdings relativ schwache Radioquellen, daher benötigten wir tausende Stunden Beobachtungszeit pro Jahr an einigen der größten Teleskope der Welt, um dieses Experiment durchzuführen”, sagt McLaughlin.
