Gravitationswellen-Astronomie

Gravitationswellen sind winzige Verzerrungen der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum ausbreiten. Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zufolge entstehen sie bei einer Vielzahl astronomisch interessanter Prozesse, wie etwa bei der Verschmelzung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern, aber auch im frühen Universum kurz nach dem Urknall. Gravitationswellen-Astronomie hat das Ziel, mit Hilfe von Gravitationswellen Informationen über kompakte Himmelskörper wie Schwarze Löcher und Neutronensterne, über Supernovae und über Prozesse im frühen Universum zu gewinnen.

Der direkte Nachweis von Gravitationswellen ist das Ziel großer internationaler Detektor-Kollaborationen wie LIGO, GEO600 und Virgo. Die Gravitationswellen-Teleskope sind riesige Michelson-Interferometer, bei denen die modernsten Erkenntnisse der Quantenoptik Anwendung finden. Das LIGO-Konsortium hat zum ersten Mal im September 2015 direkt Gravitationswellen von zwei kollidierenden Schwarzen Löchern nachweisen können. Im Jahr 2017 wurden Barry Barish, Kip Thorne and Rainer Weiss dafür mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet.

Indirekte Beweise für die Existenz von Gravitationswellen ergaben sich allerdings schon in den Achtziger Jahren durch die Beobachtung eines Doppelpulsars. Theoretisch vorhergesagte Abstrahlungsverluste durch Gravitationswellen müssen eine Verringerung des Abstandes beider Sterne zur Folge haben, was wiederum deren Umlaufdauer reduzieren sollte. Diese Verringerung der Orbitalperiode konnte tatsächlich durch radioastronomische Beobachtungen bestätigt werden, wofür schon 1993 Joseph Taylor und Russell Hulse mit dem Nobelpreis geehrt wurden.

Die Gravitationswellen-Astronomie bietet auch aus pädagogisch-didaktischer Sicht viel. Fundamentale Theorien der Physik wie Mechanik, Optik, Wellentheorie, Relativitätstheorie und Astronomie verbinden sich hier mit Datenanalyse und einer Vielzahl von Simulationen, Projekten und Lehrplänen, die online zur Verfügung stehen und die Behandlung von Gravitationswellen-Astronomie als multimediales und interaktives Lernprojekt fördern können.

In den Vorträgen und Workshops sollen einige wichtige Konzepte aller Facetten der Gravitationswellen-Astronomie herausgearbeitet und Ideen und Anregungen für den Physikunterricht entwickelt werden. Wir wollen insbesondere fragen, welche neuen astronomischen Erkenntnisse wir den ersten Jahren der direkten Beobachtung von Gravitationswellen verdanken und welche Pläne für den Bau neuer Detektoren es gibt. Auch historische Aspekte sollen eine Rolle spielen.

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