Neuer SETI-Ansatz: Astronomen beschreiben potentielles künstliches Gravitationswellensignal

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Röntgenbild von Sagittarius A*, aufgenommen mit dem NASA-Rötgenobservatorium Chandra. Copyright: NASA / Gemeinfrei

Röntgenbild von Sagittarius A*, aufgenommen mit dem NASA-Rötgenobservatorium Chandra. Copyright: NASA / Gemeinfrei

Göteborg (Schweden) – Während sich (trotz zunehmender Kritik) die klassische Suche nach Signalen außerirdischer Intelligenzen (Search for ExtraTerrestrial Intelligence, SETI) immer noch hauptsächlich auf die Suche nach künstlichen Radiosignalen konzentriert, suchen Astronomen immer häufiger nach Alternativen. Jetzt beschreibt ein internationales Forscherteam nicht nur einen neuen Ansatz, der nach künstlich erzeugten Gravitationswellen sucht, sondern macht damit zugleich auch eine Vorhersage, wie sich deren Signale von jenen, natürlicher Phänomene unterscheiden würden.

„Jede fortgeschrittene Zivilisation in unserer Heimatgalaxie, wäre sich der Einzigartigkeit des Galaktischen Zentrums mit seinem massereichen Schwarzen Loch bewusst“, argumentieren Marek Abramowicz von den Universitäten Göteborg, Warschau und Opava; Michał Bejger und Eric Gourgoulhon vom Observatoire de Paris an der Sorbonne und Odele Straub vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in ihrem vorab via ArXiv.org (…also noch nicht in einem begutachteten Peer-Review-Fachjournal) veröffentlichten Artikel.

Eine ausreichend fortgeschrittene Zivilisation könnte, so die Überlegung des Astronomenteams, bereits Material auf einer Umlaufbahn um dieses Schwarze Loch platziert haben – entweder um es zu studieren, Energie daraus zu gewinnen und/oder auch zur Kommunikation. „In jedem Fall wäre eine solche, das Schwarze Loch umkreisende Masse eine potentielle Quelle für Gravitationswellen.“

In ihrem Artikel führen die Autoren aus, dass es ein Objekt von der Masse des Jupiters auf einer stabilen Umlaufbahn um das Schwarze Loch benötigen würde, um als solche registriert und als solche erkannt werden zu können. Allerdings braucht es hierfür Gravitationswellen-Detektoren der nächsten Generation, da LIGO und Virgo – mit denen die ersten Messungen von Gravitationswellen gewaltiger Massen gelangen (…GreWi berichtete) – keine Gravitationswellen von Planetenmassen im Zentrum der Milchstraße messen können, da der Frequenzbereich, in dem diese Instrumente arbeiten, zu hoch dazu ist. Um derart niederfrequente Ereignisse registrieren zu können, brauche es eine neue Art von Detektor – ein Interferometer im Weltall. Genau ein solches Instrument, dessen Detektor zusammen mit der Erde die Sonne umkreist, ist mit der „Laser Interferometer Space Antenna“ (LISA) allerdings erst für 2034 geplant (s. Video).

Statt also, wie die klassische SETI, nach elektromagnetischen Wellen (Radio, Laser etc.) aus irgendeinem ebenso begrenzten wie mehr oder weniger zufällig ausgewählten Himmelsausschnitt zu suchen, wäre ein Signal, wie es – zudem auch noch von galaktischer Materie nahezu ungehindert – in der gesamten Galaxie geortet werden könnte, sehr viel sinnvoller. Vorausgesetzt, die angedachte hochentwickelte Zivilisation hätte (ähnlich wie wir Menschen) überhaupt die Absicht, sich und damit ihre Existenz dem Rest der Milchstraße mitzuteilen.

Ein künstliches Gravitationswellen-Signal müsste sich allerdings eindeutig von jenen Gravitationswellen unterscheiden, die von natürlichen bzw. astrophysikalischen Phänomenen, wie etwa zwei miteinander verschmelzende Schwarze Löcher oder Neutronensterne, erzeugt werden. Hinzu müsste ein solches Signal auch stark genug sein, um bestenfalls in der gesamten Galaxie registriert werden zu können und müsste aus einer Richtung stammen, in die jede entsprechend fortgeschrittene Zivilisation mit hoher Wahrscheinlichkeit irgendwann einmal forschend blicken wird. „Das Zentrum unserer Galaxie ist also die ideale Wahl.“

Nicht nur, dass das Zentrum einer Galaxie vermutlich alle darin existierenden, forschenden Zivilisationen irgendwann einmal faszinieren wird – genau hier befindet sich mit einem supermassereichen Schwarzen Loch, das Astronomen Sagittarius A* (SgrA∗) nennen, ebenfalls ein in unserer Galaxie einzigartiges Objekt. „Wir Menschen selbst wissen von diesem Objekt seit etwa weniger als 100 Jahren“, berichten die Autoren.

Anhand von Berechnungen zeigen sie weiter, dass sich ein einzigartiger „Botschafter“ – also ein Objekt, das SETI-Gravitationswellen auslösen würde, auf einer speziellen Position entlang der innersten, jedoch weiterhin stabilen Umlaufbahn um Sagittarius A* (dem sog. „Innermost Stable Circular Orbit“ = ISCO)  befinden müsste. Die weiteren notwendigen charakteristischen Eigenschaften eines solchen Objekts hängen demnach von den Eigenschaften des jeweils umkreisten Schwarzen Lochs, wie dessen Radius, Orbitalfrequenz, Masse und Rotation ab.

Ein Körper von planetarer Masse auf einer engen Umlaufbahn um ein massereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie. Künstlerische Darstellung aus dem Film „Interstellar“ (2014).Copyright: Copyright: Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection

Ein Körper von planetarer Masse auf einer engen Umlaufbahn um ein massereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie. Künstlerische Darstellung aus dem Film „Interstellar“ (2014).Copyright: Copyright: Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection

Um also ein ausreichend starkes Gravitationswellen-Signal erzeugen zu können, müsse dieser SgrA∗ umkreisende Körper eine Masse von astronomischen Ausmaßen – also die von Monden, Planeten oder gar Sternen – besitzen. „Er darf nicht zu klein sein, damit er auch Gravitationswellen erzeugen kann, die auch noch weit vom Schwarzen Loch entfernt geortet und als solche erkannt werden können. Es darf aber auch nicht zu groß sein, damit es nicht zu viel Energie benötigt, um über ausreichend lange Zeitdauer betrieben werden zu können.“

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Tatsächlich weiß niemand, wie lange technologisch-fortgeschrittene Zivilisationen währen. Es sei aber wahrscheinlich, dass ihre Gesamtlebensdauer geringe als einige Milliarden Jahre ist, so die Wissenschaftler und führen dazu weiter aus: „Aus diesem Grund sollte auch das ‚Botschafter-Objekt‘ mindestens eine Milliarde Jahre überdauern, da andererseits das davon ausgehende Signal von vielen galaktischen Zivilisationen auch leicht verpasst werden könnte. (…) Sollten wir je ein solches Signal finden, wird es sich also vermutlich auch um das Signale einer bereits ausgestorbenen Zivilisation handeln.“

Ein solches Objekt, so berichten die Autoren weiter, müsste zudem fortwährend mit Energie versorgt werden, um die Energieverluste durch die Gravitationsstrahlung auszugleichen. Ohne einen solchen Nachschub, würde der „Botschafter“ schon bald von seiner Umlaufbahn abkommen und in das Schwarze Loch selbst gezogen werden.

Würde also ein Gravitationswellen-Signal über mehrere Monate oder Jahre mit einer Frequenz, die mit der marginal stabilen Umlaufbahn (ISCO) von SgrA∗ übereinstimmt, so könnte man mit Sicherheit davon ausgehen, dass es sich dabei um kein natürliches, sondern um ein künstliches Signal handelt.

Tatsächlich konnten die Autoren ausrechnen, dass der Energienachschub für das Botschafter-Objekt auch durch natürliche bzw. astrophysikalische Prozesse aufrechterhalten werden könnte, wenn nur die Masse und Dichte des Objekts groß genug wäre. Wie jedoch ein solches Objekt erzeugt oder in den ISCO des Schwarzen Loches im Zentrum unserer Galaxie verbracht werden könnte, ist hingegen nicht der Inhalt und die zugrundeliegende Frage des Fachartikels selbst.

„Eine erfolgreiche Detektion eines solches Signals wäre ein eindeutiger Beweis dafür, dass – zumindest früher einmal – mindestens eine intelligente Zivilisation in unserer Heimatgalaxie vor uns existierte“, erläutern die Autoren abschließend und blicken vermutlich mit Spannung auf den Start von LISA 2034…

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