2.07.2017

Bei der Verschmelzung schwarzer Löcher entstehen Gravitationswellen. Diese Dellen in der Raumzeit könnten Hinweise auf verborgene Dimensionen enthalten

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Forscher am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Potsdam haben entdeckt, dass versteckte Dimensionen – wie sie von der String-Theorie vorhergesagt werden – Gravitationswellen beeinflussen könnten. In einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung untersuchen sie den Einfluss von zusätzlichen Dimensionen auf die Raumzeitwellen und berechnen, ob die Effekte experimentell nachweisbar sind.

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LIGOs erste Gravitationswellenmessung von verschmelzenden schwarzen Löchern im September 2015 hat ein neues Fenster ins Universum geöffnet. Aber möglicherweise können Physiker mit dieser neuen Messmethode nicht nur schwarze Löcher und andere exotische astrophysikalische Objekte beobachten, sondern auch die Schwerkraft selbst verstehen. „Im Vergleich zu den anderen Grundkräften, wie etwa dem Elektromagnetismus, ist die Schwerkraft extrem schwach“, erklärt Dr. David Andriot, einer der Autoren der Studie. Der Grund für diese Schwäche könnte sein, dass die Schwerkraft mit mehr als den drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension, die Teil unserer alltäglichen Erfahrung sind, wechselwirkt.

Extradimensionen

Zusätzliche Dimensionen (sogenannte Extradimensionen), die aufgrund ihrer Winzigkeit verborgen bleiben, sind ein unverzichtbarer Bestandteil der Stringtheorie – einer vielversprechenden Kandidatin für eine Theorie der Quantengravitation. Physiker suchen nach einer solchen Theorie, die Quantenmechanik und allgemeine Relativitätstheorie vereint, um zu verstehen, was passiert, wenn sehr große Massen auf sehr kleinen Abständen beteiligt sind. Dies betrifft beispielsweise die Vorgänge im Innern eines schwarzen Lochs oder beim Urknall.

„Physiker suchen am Large Hadron Collider am CERN nach zusätzlichen Dimensionen, bislang allerdings ergebnislos“, sagt Dr. Gustavo Lucena Gómez, der zweite Autor der Veröffentlichung. „Aber Gravitationswellendetektoren könnten in der Lage sein, experimentelle Hinweise zu liefern.“

Die Forscher entdeckten, dass zusätzliche Dimensionen zwei unterschiedliche Effekte auf Gravitationswellen haben sollten: Sie würden die „Standard-Gravitationswellen“ verändern und darüber hinaus zusätzliche Wellen bei hohen Frequenzen oberhalb von 1000 Hz verursachen. Allerdings ist die Beobachtung dieser Frequenzen unwahrscheinlich, da die bodengestützten Gravitationswellendetektoren bei hohen Frequenzen nicht empfindlich genug sind.

Hingegen sollte der Einfluss zusätzlicher Dimensionen auf die Art und Weise, wie "Standard-Gravitationswellen“ die Raumzeit stauchen und dehnen, leichter zu erkennen sein, wenn man mehrere Detektoren für die Beobachtung verwendet. Da der Virgo-Detektor gemeinsam mit den beiden LIGO-Detektoren am nächsten Beobachtungslauf teilnehmen wird, könnte dies nach Ende 2018 / Anfang 2019 passieren.

Quelle: Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI)