Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

Max-Planck holt zwölf Synergy Grants und liegt damit im ERC-Ranking auf Platz eins

Wenn ein Schwarzes Loch und ein Neutronenstern verschmelzen

Computersimulation erklärt, warum verdrillte Magnetfelder in verschmelzenden Neutronensternen für grelle Gammastrahlenblitze verantwortlich sind

Ein internationales Forschungsteam modelliert zum ersten Mal gleichzeitig die verschiedenen Signaturen einer Kilonova-Explosion

Neuer energieeffizienter Hochleistungs-Rechencluster für das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam

Die größte astronomische Beobachtungsstation ist so groß, dass sie nicht auf die Erde passt: Sie heißt Lisa und wird es wahrnehmen können, wenn eine Strecke von 2,5 Millionen Kilometern gerade mal um einen Atomdurchmesser schrumpft. Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Hannover und Potsdam haben den Detektor für Gravitationswellen mitentwickelt. Durch die Beobachtung kosmischer Wellen wollen sie Einblicke gewinnen in kuriose Vorgänge tief im Weltall.

Eigentlich dürfte es nicht existieren: ein schwarzes Loch mit der 85-fachen Masse unserer Sonne. Doch genau das haben Astronomen aufgespürt. Demnach war dieses Schwergewicht Teil eines Doppelsystems, ehe es mit seinem ebenfalls recht massiven Partner verschmolz. Das dabei ausgelöste Beben der Raumzeit sandte Gravitationswellen aus, welche die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover vor so manches Rätsel stellen.

Mit dem Nachweis des Higgs-Teilchens gelang am Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider ein großer Wurf. Andere erwartete oder unerwartete Entdeckungen, mit denen die Physik das Erscheinungsbild unserer Welt erklären wollte, blieben dagegen aus. Nun suchen auch Hermann Nicolai, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam, und Siegfried Bethke, Direktor am Max-Planck-Institut für Physik in München, neue Perspektiven für die Teilchenphysik.

Es ist die Frage aller wissenschaftlichen Fragen: Wie ist das Universum entstanden? Jean-Luc Lehners vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm geht sie mit modernsten mathematischen Werkzeugen an und untersucht dabei auch die Möglichkeit, dass es ein Vorläuferuniversum gab.

Das Projekt Einstein@Home ermöglicht es jedermann, am eigenen PC, Laptop oder Smartphone nach Gravitationswellen zu suchen und damit selbst zum Entdecker zu werden. Bruce Allen, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover, hat dieses Citizen-Science-Projekt begründet. Mittlerweile spürt die Software in den Big Data außerdem Pulsare auf. An dieser Fahndung sind auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn beteiligt.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagte neue Phänomene voraus, die sich erst viele Jahrzehnte später beobachten ließen. Zwei davon, Gravitationswellen und Gravitationslinsen, sind heute wichtige Instrumente zur Erforschung des Universums. Fortschritte bei den Detektoren werden es in naher Zukunft ermöglichen, die Kombination beider Phänomene zu beobachten. Die von Gravitationslinsen abgelenkten Gravitationswellen werden nicht nur Einsteins Ideen bestätigen, sondern auch ein neues und leistungsfähiges Instrument zur Erforschung des Universums darstellen.

Einstein revolutionierte unsere Vorstellung der Gravitation, als er sie als Geometrie von Raum und Zeit beschrieb. Etwa zwanzig Jahre nach diesen bahnbrechenden Arbeiten war Einstein an der Entdeckung eines Phänomens beteiligt, das wir heute Verschränkung nennen. Es liegt zum Beispiel einem Quantencomputer zugrunde. Interessanterweise wurde die quantenphysikalische Verschränkung jüngst auch bei dem Verständnis der Schwerkraft einer der zentralen Begriffe – ein Beispiel für eine breitere Erforschung der fundamentalen Wechselwirkungen aus der Sicht komplexer Systeme. 

Die Beobachtung eines astrophysikalischen Phänomens in verschiedenen elektromagnetischen Frequenzbereichen und mit Gravitationswellen ist erst seit kurzem möglich. Diese neue Multimessenger-Astronomie kann dazu beitragen, einige seit langem offene Fragen in der Physik zu beantworten: Wie sehen Neutronensterne im Innern aus? Wie sind Gold und die anderen schweren Elemente entstanden? Aufwändige numerisch-relativistische Simulationen astronomischer Großereignisse können hier Licht ins Dunkel bringen.

Mehr als 100 Jahre nach der Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie durch Albert Einstein und mehr als 30 Jahre nach der ersten Entdeckung eines Doppelneutronensternsystems konnte erstmalig das Gravitationswellensignal kollidierender Neutronensterne gemessen werden. Die Messung der abgestrahlten Gravitationswellen und ihres elektromagnetischen Fingerabdrucks stellt einen Durchbruch auf dem Forschungsfeld der Multimessenger-Astronomie dar.

Die Allgemeine Relativitätstheorie und das Standardmodell der Teilchenphysik beschreiben physikalische Phänomene über gewaltige Abstände hinweg richtig und sind dennoch unvollständig. Um zu verstehen, was im Inneren eines Schwarzen Loches oder beim Urknall „passiert“, wird nach einer neuen vereinheitlichten Theorie gesucht, die das Standardmodell und die Gravitationstheorie als Grenzfälle enthält, deren mathematische Widersprüche aber überwindet. Möglicherweise können Symmetriebetrachtungen hier weiterhelfen.