Leben nach dem großen Knall

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Da wird schon nirgends mehr gelogen als bei Beerdigungen, und dann schleichen sich auch noch Ungenauigkeiten ein. "Erde zu Erde, Asche zu Asche und Sternenstaub zu Sternenstaub", müsste es astrophysikalisch korrekt eigentlich heißen. Warum das so ist, erklärte Dr. Bernd-Jochen Schaefer vom Institut für Theoretische Physik der JLU am Samstag im Wilhelm-Hanle-Hörsaal der Physikalischen Institute. "Kosmische Katastrophen: Supernovae, Neutronenstern-Kollisionen, Gravitationswellen" hieß sein Thema im letzten Teil der Reihe "Physik im Blick" zu "Physik und Katastrophen".

Da wird schon nirgends mehr gelogen als bei Beerdigungen, und dann schleichen sich auch noch Ungenauigkeiten ein. "Erde zu Erde, Asche zu Asche und Sternenstaub zu Sternenstaub", müsste es astrophysikalisch korrekt eigentlich heißen. Warum das so ist, erklärte Dr. Bernd-Jochen Schaefer vom Institut für Theoretische Physik der JLU am Samstag im Wilhelm-Hanle-Hörsaal der Physikalischen Institute. "Kosmische Katastrophen: Supernovae, Neutronenstern-Kollisionen, Gravitationswellen" hieß sein Thema im letzten Teil der Reihe "Physik im Blick" zu "Physik und Katastrophen".

"Als Theoretiker mache ich selten Experimentalvorlesungen", räumte der Wissenschaftler zunächst ein. Nun lässt sich ja weder eine Supernova noch ein schwarzes Loch einfach im Hörsaal simulieren. Dafür aber etwas Anderes: die Raumzeitkrümmung, wie Einstein sie in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie bereits 1915 beschrieben hat. Mit einer selbst gebauten "Analogen Einstein-Feldgleichungs-Lösungsmaschine" zeigte Schaefer das Prinzip. Legt man eine Kugel auf ein gespanntes Tuch, krümmt sie das Tuch. Diese Krümmung wirkt auf jede weitere Kugel auf dem Tuch sowie auf ihre Bahnen, je nachdem, wie groß die Massen sind.

Die entscheidende Kraft dabei sei die Gravitation, so Schaefer. Und die gibt es nicht nur im Hörsaal, sondern ebenso im Universum. Krümmt eine Masse die Raumzeit ausreichend stark, bildet sich ein Schwarzes Loch, aus dem wegen seiner hohen Anziehung nichts entweichen kann. Kommen sich zwei Schwarze Löcher so nah, dass sie verschmelzen, erzeugt die freigesetzte Energie eine Gravitationswelle, eine Art Verzerrung der Raumzeit. Die Existenz solcher Wellen zu beweisen, gehörte lange zu den größten Aufgaben der Physik.

Ende 2015 gelang es: Mit einer speziellen, kilometerlangen Laser-Detektoranlage in Louisiana maßen Forscher erstmals eine Gravitationswelle, die nach rund 1,3 Milliarden Jahren unterwegs auf die Erde traf.

Dieser Nachweis habe "eine neue Ära" begründet, sagte Schaefer. "Jetzt können wir die Astrophysik endlich auch hören." Die Schwingung ließ sich nämlich in ein akustisches Signal umwandeln. Eine "kosmische Katastrophe" entpuppte sich hier demnach, mit etwas Anlaufzeit, als irdischer Glücksfall – und damit steht sie keineswegs allein. Auch die Supernovae genannten Sternenexplosionen sowie Kollisionen von Neutronensternen, von Sternen am Ende ihres Lebenszyklus, sind auf den ersten Blick riesige Unglücke. In Wahrheit haben sie zum Beispiel das Leben auf der Erde überhaupt erst möglich gemacht.

Denn ob Kohlenstoff oder Stickstoff, Magnesium, Calcium oder vieles andere mehr: Bis auf Wasserstoff, Helium und eine kleine Menge Lithium seien alle bekannten Elemente in derartigen Katastrophen entstanden, berichtete Schaefer. Wie in einem "heißen Ofen" fusionierten Wasserstoff und Helium bei ein paar Millionen Grad Celsius in verglühenden Sternen. Das Gleichgewicht von Massenanziehung und Gasdruck halte diese "Gaswolken aus Wasserstoff" über lange Zeit zusammen. Sei der Wasserstoffvorrat jedoch verbrannt, gewinne rasch die Gravitation. Der Stern verwandelt sich nun beispielsweise in einen Neutronenstern mit winzigem Radius und riesiger Masse – oder er explodiert.

Bei solch einer Explosion werden die gebildeten Elemente ins All geschleudert. Was auf der Erde existiere, bestehe also im Grunde aus Überresten erloschener Sterne, betonte Schaefer: "Wir sind alle Sternenstaub." Der langsame Tod eines Sterns mit anschließendem großen Knall irgendwo im Universum spendet, mit anderen Worten, manchmal Leben an einem weit entfernten Ort. Nur bis in irdische Grabreden hat es diese Erkenntnis noch nicht geschafft. (Foto: csk)

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