Andrea Lommen arbeitet als Physikprofessorin an einer amerikanischen Provinzhochschule, dem Franklin&Marshall College in Lancaster, Pennsylvania. Es macht ihr große Freude, die Grundlagen der Physik zu unterrichten, sagt die Absolventin der Eliteuniversität Berkeley. Außerdem böte der Job ihr genug Freiraum für ein anspruchsvolles Vorhaben: Sie will Gravitationswellen aus dem Weltall messen.
"Wir denken, dass wir irgendwann beobachten werden, wie zwei große schwarze Löcher miteinander verschmelzen. Das geschieht, wenn irgendwo draußen im Universum zwei Galaxien sich zu einer einzelnen Galaxie vereinigen. In diesem Prozess werden die beiden schwarzen Löcher sich umkreisen und dabei Gravitationswellen aussenden, die wir dann messen können."
Gravitationswellen sind winzige Änderungen in Raum und Zeit. Nach der Relativitätstheorie von Albert Einstein bewirken bewegte Massen im All, dass Raum und Zeit ein wenig ausgebeult werden, wenn eine Gravitationswelle vorbeiläuft, etwa so wie ein Trampolin, über das eine Kugel rollt. Während die meisten ihrer Kollegen versuchen, solche Gravitationswellen mit Hilfe von großen Laserexperimenten im Labor aufzuspüren, setzt Andrea Lommen auf astronomische Beobachtungen. Sie ist Sprecherin des sogenannten Nanograv-Projekts, zu dem sich zwei Dutzend nordamerikanische Astronomen von verschiedenen Universitäten und Sternwarten zusammengeschlossen haben. Sie wollen die Gravitationswellen über die Beobachtung sehr schnell rotierender Sterne finden. Lommen:
"Wir benutzen etwas, das uns das Universum kostenlos anbietet: Ein System von sogenannten Millisekunden-Pulsaren. Das sind erloschene, dichte und sehr schnell rotierende Sterne. Sie drehen sich etwa so schnell wie ein Küchenmixer. Und sie senden ständig Strahlungs-Pulse in Richtung Erde aus. Wir wollen diese Sterne als Uhren benutzen, mit denen wir Veränderungen in der Raumzeit messen."
Tatsächlich gibt es unter den Pulsaren solche, die extrem gleichmäßig rotieren, so dass ihre Strahlungspulse in sehr regelmäßiger Folge auf der Erde ankommen. - So regelmäßig, dass man sie als Taktgeber für Präzisions-Uhren verwenden könnte. Schon seit den 70er Jahren vergleichen Radioastronomen die regelmäßige Folge der Pulsar-Signale mit dem Takt von Atomuhren. Dabei stellen sie winzige Abweichungen der Pulsar-Signale fest, die sich nur mit der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein erklären lassen. Andrea Lommens Ziel ist es nun, viele schnell rotierende Pulsare gleichzeitig zu beobachten, um in den Abweichungen ihrer Signale Hinweise auf Gravitationswellen zu finden. Insgesamt würde sie gern mit etwa 20 solcher himmlischer Uhren arbeiten: Messstationen in unserer Galaxis also, die wie Bojen im Meer vorbeilaufende Gravitationswellen registrieren. Lommen:
"Wir suchen nach eine speziellen Form oder Signatur im Himmel, und zwar in der zeitlichen Signalfolge der Pulsare. Wenn eine Gravitationswelle kommt, müssten wir aus einer Himmelsrichtung eine zeitliche Verzögerung der Signale von 100 Nanosekunden sehen. Aus der Gegenrichtung ebenso. Aber bei einem Winkel von 90 Grad müssten die Signale ein wenig früher ankommen als erwartet. Wenn wir das messen würden, könnten wir die Kollegen leicht davon überzeugen, das wir die Gravitationswellen gefunden haben, denn nur diese können eine solche Form erzeugen."
Das Nanograv-Projekt, das Andrea Lommen und ihre Kollegen verfolgen, ist ambitioniert. Sobald sie ihre 20 Uhren im Weltall ausfindig gemacht haben, müssen sie diese langfristig über etwa 500 Stunden pro Monat mit großen Radioteleskopen beobachten. Im Jahr 2020 wollen sie damit beginnen. Und wer weiß, vielleicht wird Andrea Lommen ihren Studenten in Lancaster, Pennsylvania, eines Tages erzählen können, wie es ihr und ihren Kollegen erstmals gelang, Einsteins Gravitationswellen am Himmel zu sehen.
"Wir denken, dass wir irgendwann beobachten werden, wie zwei große schwarze Löcher miteinander verschmelzen. Das geschieht, wenn irgendwo draußen im Universum zwei Galaxien sich zu einer einzelnen Galaxie vereinigen. In diesem Prozess werden die beiden schwarzen Löcher sich umkreisen und dabei Gravitationswellen aussenden, die wir dann messen können."
Gravitationswellen sind winzige Änderungen in Raum und Zeit. Nach der Relativitätstheorie von Albert Einstein bewirken bewegte Massen im All, dass Raum und Zeit ein wenig ausgebeult werden, wenn eine Gravitationswelle vorbeiläuft, etwa so wie ein Trampolin, über das eine Kugel rollt. Während die meisten ihrer Kollegen versuchen, solche Gravitationswellen mit Hilfe von großen Laserexperimenten im Labor aufzuspüren, setzt Andrea Lommen auf astronomische Beobachtungen. Sie ist Sprecherin des sogenannten Nanograv-Projekts, zu dem sich zwei Dutzend nordamerikanische Astronomen von verschiedenen Universitäten und Sternwarten zusammengeschlossen haben. Sie wollen die Gravitationswellen über die Beobachtung sehr schnell rotierender Sterne finden. Lommen:
"Wir benutzen etwas, das uns das Universum kostenlos anbietet: Ein System von sogenannten Millisekunden-Pulsaren. Das sind erloschene, dichte und sehr schnell rotierende Sterne. Sie drehen sich etwa so schnell wie ein Küchenmixer. Und sie senden ständig Strahlungs-Pulse in Richtung Erde aus. Wir wollen diese Sterne als Uhren benutzen, mit denen wir Veränderungen in der Raumzeit messen."
Tatsächlich gibt es unter den Pulsaren solche, die extrem gleichmäßig rotieren, so dass ihre Strahlungspulse in sehr regelmäßiger Folge auf der Erde ankommen. - So regelmäßig, dass man sie als Taktgeber für Präzisions-Uhren verwenden könnte. Schon seit den 70er Jahren vergleichen Radioastronomen die regelmäßige Folge der Pulsar-Signale mit dem Takt von Atomuhren. Dabei stellen sie winzige Abweichungen der Pulsar-Signale fest, die sich nur mit der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein erklären lassen. Andrea Lommens Ziel ist es nun, viele schnell rotierende Pulsare gleichzeitig zu beobachten, um in den Abweichungen ihrer Signale Hinweise auf Gravitationswellen zu finden. Insgesamt würde sie gern mit etwa 20 solcher himmlischer Uhren arbeiten: Messstationen in unserer Galaxis also, die wie Bojen im Meer vorbeilaufende Gravitationswellen registrieren. Lommen:
"Wir suchen nach eine speziellen Form oder Signatur im Himmel, und zwar in der zeitlichen Signalfolge der Pulsare. Wenn eine Gravitationswelle kommt, müssten wir aus einer Himmelsrichtung eine zeitliche Verzögerung der Signale von 100 Nanosekunden sehen. Aus der Gegenrichtung ebenso. Aber bei einem Winkel von 90 Grad müssten die Signale ein wenig früher ankommen als erwartet. Wenn wir das messen würden, könnten wir die Kollegen leicht davon überzeugen, das wir die Gravitationswellen gefunden haben, denn nur diese können eine solche Form erzeugen."
Das Nanograv-Projekt, das Andrea Lommen und ihre Kollegen verfolgen, ist ambitioniert. Sobald sie ihre 20 Uhren im Weltall ausfindig gemacht haben, müssen sie diese langfristig über etwa 500 Stunden pro Monat mit großen Radioteleskopen beobachten. Im Jahr 2020 wollen sie damit beginnen. Und wer weiß, vielleicht wird Andrea Lommen ihren Studenten in Lancaster, Pennsylvania, eines Tages erzählen können, wie es ihr und ihren Kollegen erstmals gelang, Einsteins Gravitationswellen am Himmel zu sehen.