Die Himmelsleiter: Wenn Raum und Zeit zittern

Wir haben bis jetzt den ganz großen Sprung geschafft: von der Entfernung Erde-Sonne bis zu den Galaxienentfernungen über das Hubble-Gesetz.

Die Beobachtung der Spektren von Galaxien ergibt die Rotverschiebung z und damit ein Maß für die Entfernung. Die Umrechnung von z in Lichtjahren geht für nahe Galaxien mit der angegebenen Formel z = H/c * E, das muss jetzt erst einmal reichen.

Seit 3 Jahren lässt sich der Kosmos mit Gravitationswellen direkt vermessen:

Gravitationswellen entstehen, wenn der Kollaps massereicher Sterne oder die Verschmelzung extrem konzentrierter Objekte wie Schwarze Löcher oder Neutronensterne eintritt.
Dabei geraten Raum und Zeit (die man sich durchaus substanzbehaftet vorstellen darf) in ein  Zittern, das sich wellenförmig mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

Aus der Frequenz der Gravitationswellen und deren Änderungsgeschwindigkeit lassen sich die Massen berechnen, die miteinander verschmelzen.
Daraus kann man aber dann die Stärke der urspünglichen Gravitationswelle berechnen  (so etwas wie die absolute Helligkeit oder Leuchtkraft) und mit der gemessenen Intensität am Detektor (so was wie die scheinbare Helligkeit) vergleichen.

Damit kennt man die Strecke, die die Gravitationswellen (aus einer fernen Galaxie) zur Erde zurückgelegt haben.

Gravitationswellensignal bei der Vershcmelzung nzweier Schwarzer Löcher

Verschmelzen zwei Neutronensterne, so kann man, wie vor einem Jahr geschehen, auch optische Signale beobachten und die Rotverschiebung an den Lichtspektren direkt messen.

Damit lassen sich z und die Entfernung direkt miteinander in Bezug setzen und man kann sogar die Hubble-Konstante berechnen.

Künstlerische Darstellung der Verschmelzung zweier Neutronensterne (ESO)

Beobachtung im Optischen (ESO): Die Quelle ist der kleine Lichtfleck links oberhalb des Galaxienkernes

Bei der Verschmelzhung zweier Neutronensterne entstehen schwere Elemente (ESO)

Noch ist die Genauigkeit dieses Verfahrens nicht sehr hoch, der gemessenen Wert für H liegt zwischen den beiden im letzten Plot angegebenen Werten. Aber das wird sich ab 2019, wenn alle Detektoren wieder in Betrieb sind, ändern:

Gravitationswellen nicht nur für die direkte Entfernungsmessung sondern auch für unmittelbare die Beobachtung der Ausdehnung des Universums!

Hätte das Einstein vor 100 Jahren jemals geglaubt?

Film (ESO): Helligkeits- und Spektrenentwicklung

Film (ESO): So kann man sich die Verschmelzung zweier Neutronensterne vorstellen