Die Gravitationswellen-Astronomie unterscheidet sich stark von der des elektromagnetischen Lichts. Gravitationswellen sind zwar schwach und schwer zu erkennen, aber sie durchdringen Materie auch mit geringer Wirkung. Im Wesentlichen ist das materielle Universum für Gravitationswellen transparent. Dies macht die Gravitationswellenastronomie zu einem leistungsstarken Werkzeug beim Studium des Universums. Aber es steckt noch in den Kinderschuhen, und es gibt noch viel über das Verhalten von Gravitationswellen zu lernen.
Gravitationslinsen. Quelle: Caltech
Nehmen wir zum Beispiel Gravitationslinsen. Es tritt auf, wenn Licht von einem entfernten Objekt wie einem Quasar leicht abgelenkt wird, wenn es sich in der Nähe einer Galaxie oder eines anderen massereichen Objekts bewegt. Die durch die Masse der Galaxie erzeugte Gravitationskrümmung wirkt wie eine Linse, die das Quasarlicht fokussieren und mehrere Quasarbilder erzeugen kann. Dieser Effekt tritt auf, weil Licht durch Raum und Zeit reist, also wenn die Raumzeit verzerrt wird, ist auch der Weg des Lichts.
Gravitationswellen sind jedoch anders. Anstatt Photonen, die durch den Weltraum reisen, sind Gravitationswellen Wellen der Raumzeit in der Raumzeit. Kann man sie also ähnlich wie Licht ablenken oder linsen? Einsteins Relativitätstheorie sagt voraus, dass sie es sein können. Eine Raumkrümmung verändert die Art und Weise, wie sich Gravitationswellen ausbreiten, sodass sie auch abgelenkt werden. Dieser Effekt wurde noch nie beobachtet, aber eine neue Studie hat LIGO- und Virgo-Daten auf der Suche danach gekämmt.
Animierte Darstellung einer Gravitationswelle. Bildnachweis: ESA-C.Carreau
Das Team suchte nach mehreren Auswirkungen von Gravitationslinsen auf die von LIGO und Virgo entdeckten Verschmelzungssignale schwarzer Löcher, wie z zu etwas anderen Zeiten.
Im jüngsten Datenlauf mit 36 Fusionsereignissen fand das Team keine Hinweise auf Gravitationswellen mit Linsen. Das ist angesichts der Stichprobengröße nicht allzu überraschend. Aber das Team hat gezeigt, dass es mit der aktuellen Technologie möglich ist. Wenn neue Gravitationswellen-Observatorien wie LISA gebaut werden, werden entweder Gravitationswellen mit Linsen entdeckt, oder wir müssen Einsteins Theorie erneut überprüfen.
Diese Art von Studie hat ein enormes Potenzial, unser Verständnis des Universums zu verbessern. Gegenwärtig lässt uns die Gravitationslinse des Lichts weiter entfernte Objekte sehen als sonst und ermöglicht es uns, Aspekte der Kosmologie wie die Expansion des Universums zu messen. Aber Licht kann durch diffuses Gas und Staub zwischen Galaxien verdeckt oder gedimmt werden. Gravitationswellen sind nicht auf diese Weise begrenzt, daher könnte die Gravitationslinsenwirkung es uns ermöglichen, präzise Messungen der Kosmologie durchzuführen. Es könnte auch Einsteins Theorie auf neue und subtile Weise testen. Die Allgemeine Relativitätstheorie hat bisher alle Tests bestanden, aber neue und interessante Physik könnte darauf warten, entdeckt zu werden.
Referenz:Abbott, R., et al. “ Suche nach Linsensignaturen in den Gravitationswellenbeobachtungen aus der ersten Hälfte des dritten Beobachtungslaufs von LIGO-Virgo . 'arXiv-VordruckarXiv: 2105.06384 (2021).
