Jupiter klingt wie Popcorn, die Sonne wie Regen

Wanda Díaz-Merced ist Astrophysikerin – und blind. Noch nie hat sie durch ein Teleskop geblickt. Stattdessen hört sie sich an, was im Universum geschieht, und entdeckt, was bisher niemand gesehen hat.

Die Sonne klingt wie Starkregen. Und Jupiter wie Popcorn, das gegen einen Topfdeckel prallt. Verlangsamt man den Jupiter-Sound, dann klingt er nach dem Geräusch, das Feuerwerkskörper von sich geben vor dem Knall.

Wanda Díaz Merced nimmt kein Regenprasseln wahr und auch kein springendes Popcorn, wenn sie sich das Universum anhört. Stattdessen konzentriert sie sich auf jeden Ton und versucht, Bedeutung in dem Material zu finden– Muster und Regelmäßigkeiten, ein Signal, das sich vom Hintergrundrauschen abhebt. Was sie hört, sind Messdaten von Teleskopen; Zahlen also, die konvertiert wurden in Sound. Diese Zahlen sind Frequenzen und Intensitäten von Wellen, die Sterne, Planeten oder Galaxien aussenden: elektromagnetische Wellen beispielweise oder Gravitationswellen. Das Übersetzen dieser Zahlen in Klang nennt sich Sonifikation.

 »Die Daten sind Veränderungen über die Zeit. Die höre ich mir ganz langsam an. Im niedrigsten Tempo. Ich horche aufmerksam auf jeden Datenpunkt – und achte darauf, ob es eine Veränderung gibt von einem Punkt zum nächsten. Was ich wahrnehme, sind Ereignisse im Universum, hinter denen ein enormes Potenzial steckt. Sie sind so weit weg und doch haben sie auf ihrer Reise mich gefunden. Was ich fühle, ist ein Staunen. So wie ein Kind sich fühlt, wenn es ein Weihnachtsgeschenk öffnet und es ist genau das, was es wollte.«

Sie erzählt davon in einem Zoom-Interview, die Kameras sind aus. Während sie erklärt, fragt sie oft »right?«, um sicherzugehen, dass die komplexen Ereignisse, die sie beschreibt, auch verstanden werden. Wanda Díaz Merced ist Astrophysikerin. Doch noch nie in ihrem Leben hat sie sich die Sterne durch ein Teleskop angesehen. Sie studierte Physik, als ihr eine Erkrankung der Netzhaut das Sehvermögen nahm.

»Ich fühlte mich verloren. Ich dachte, zu dieser Welt der Wissenschaft habe ich keinen Zutritt mehr. Dann zeigte mir ein Freund ein kleines Radioteleskop, das er zu Hause hatte. Das funktionierte so: Eine Antenne empfing Radiowellen aus dem All und wandelte sie in Sound um. Als ich das hörte, kam Hoffnung in mir auf. Eine Welt, die sich geschlossen hatte, öffnete sich plötzlich wieder. Und ich dachte: Wenn ich Informationen hören kann, dann kann ich vielleicht doch Wissenschaftlerin werden.«

Der Klang des Kosmos

Planeten, Sterne, Galaxien, Staubwolken, Gasmoleküle im Universum – all das strahlt Licht aus, elektromagnetische Wellen also, mit verschiedenen Wellenlängen und Frequenzen. Das menschliche Auge kann nur einen winzigen Teil davon wahrnehmen: sichtbares Licht. Gammastrahlen, Infrarot, Radiowellen und alle anderen Strahlungen im elektromagnetischen Spektrum bleiben für uns unsichtbar. Dabei steckt darin jede Menge Information, die sonst verborgen bliebe: Der Seekuh-Nebel etwa, eine gigantische kosmische Explosionswolke, die entstand, als vor rund 20.000 Jahren ein riesiger Stern explodierte, ist nur in Radiowellen sichtbar.

Normalerweise übersetzen Astronom:innen die Daten, die Teleskope aufnehmen, in visuelle Grafiken und Bilder – auch die für das menschliche Auge unsichtbaren Radiowellen. Auf der Webseite des National Radio Astronomy Observatory heißt es: »Da der Mensch eine visuelle Spezies ist, ist das Sehen oder ›Abbilden‹ ein wichtiger Bestandteil der gesamten Astronomie, unabhängig von der Art des untersuchten Lichts. Radioteleskope nehmen zwar keine Bilder auf wie Teleskope für sichtbares Licht, aber die von ihnen erfassten Radiosignale werden in Daten umgewandelt, die zur Erstellung von Bildern verwendet werden können.«

Elektromagnetische Wellen stattdessen in akustische Signale zu übersetzen, wurde in der Astronomie lange vernachlässigt, obwohl es die Technologie dazu schon seit den 1930er-Jahren gibt. Damals suchte der US-amerikanische Ingenieur Karl Jansky im Auftrag der Forschungsabteilung einer Telefongesellschaft nach Interferenzen, die die Telefonkommunikation störten. Er baute eine Antenne, die Radiowellen empfing, und indem er diese hörbar machte, konnte er alle Störquellen finden – bis auf eine. Erst nach monatelangen Untersuchungen erkannte er: Die Störung muss von einer Quelle im Universum kommen, von den Sternen. Mit Janskys Erkenntnissen begann die Radioastronomie.

Seit mehr als 20 Jahren verschickt das Projekt Radio Jove, ein Citizen Science Projekt der NASA, Radioempfänger, Software und eine Antenne an Astronomieinteressierte. Damit können sie ein einfaches Radioteleskop bauen, Daten sammeln und die natürlichen Radioemissionen von Jupiter, der Sonne und unserer Galaxie analysieren. Auch Wanda Díaz Merceds Freund nahm an diesem Projekt teil, gemeinsam hörten sie die Energie, die bei Sonneneruptionen frei wird, das sind Explosionen auf der Sonnenoberfläche. Dieser Klang trieb Díaz Merced in die Wissenschaft. Ein anderer Klang führte sie zu einer wegweisenden Erkenntnis: der Sound der zwei Sterne des Doppelsterns EX Hydrae.

Der Weiße Zwerg und das Desaster

2011 schrieb Wanda Díaz Merced an ihrer Doktorarbeit. Dafür führte sie Experimente durch mit in Sound übersetzten Daten von EX Hydrae. Sie wollte wissen, ob die Methode der Sonifikation den Wissenschaftler:innen dabei hilft, Muster zu finden in großen astrophysikalischen Datenmengen.

EX Hydrae, das sind ein Weißer Zwerg und sein Begleitstern, die sich 200 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreisen. Ein Weißer Zwerg ist ein vergleichsweise kleiner Stern – knapp so groß wie die Erde. Er entwickelt sich aus einem großen leuchtkräftigen Roten Riesen, der seine äußere Hülle abstößt und den Kern zurücklässt.

Weil die Sterne im Doppelstern sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt, das Baryzentrum, bewegen, kommen sie sich so nah, dass der Stern mit dem stärkeren Gravitationsfeld – in diesem Fall der Weiße Zwerg – Material von dem anderen Stern anzieht. Dabei kommt es zu unregelmäßigen Ausbrüchen von Licht und Energie und eine große Menge an Röntgenstrahlung wird frei.

Die Röntgenstrahlen von EX Hydrae klingen so, als würden Maschinen versuchen, Musik zu machen. Es ist ein Piepen, das unberechenbar von einer Tonhöhe in eine andere springt, mal lang, mal kurz, immer ein wenig abgehakt.

»Wir haben eine Stichprobe der Datensätze genommen, die am häufigsten von Astronom:innen untersucht wurden – immer und immer und immer und immer wieder haben sie visuelle Grafiken der Daten analysiert. Und wir haben es durch unsere auditive Analyse geschafft, Dinge darin zu finden, die ihnen entgangen waren: Perioden, die normalerweise sehr, sehr schwer zu entschlüsseln sind. Niemand zuvor hatte sie identifiziert. Diese Perioden hatten mit dem unterschiedlichen Austausch von Materie in einem Bereich zu tun, der Akkretionsscheibe genannt wird. Das ist der Bereich, in dem ein Stern Energie mit dem anderen austauscht.«

Und noch etwas fand sie heraus, wie sie 2011 in einem Paper festhielt: »Wir haben Wahrnehmungsexperimente mit 13 Teilnehmern durchgeführt, die visuellen Reizen, auditiven Reizen und beiden Reizen zusammen ausgesetzt waren. Die Versuchspersonen sollten Signale in Gegenwart von Hintergrundrauschen identifizieren. Wenn sie neben visuellen Darstellungen gleichzeitig auch auditive Reize wahrnahmen, zeigten sie eine deutlich verbesserte Leistung.« Doch auch wenn sie nur Ton ausgesetzt waren, identifizierten sie die Signale schon viel besser, als wenn sie nur die visuelle Grafik anschauten: Der Leistungsunterschied war etwa 20-mal größer.

Als sie ihrem Professor die Ergebnisse zeigte, sagte sie: »Das ist ein Desaster.«

»Für mich war das ein Beweis, dass ich – die sehbeeinträchtigte Wanda – ausgeschlossen wurde. Als hätte das Feld der Wissenschaft nicht erwartet, dass Menschen mit Behinderungen mitforschen können. Für uns wurden keine Wege geschaffen, um an der Mainstream-Forschung teilzunehmen. Und heute sagen die Leute: ›Wir hatten einfach nicht die technologischen Fortschritte.‹ Das ist nicht wahr. In den 1960er Jahren gab es bereits Technologien, um Raumschiffe ins Weltall zu schicken.«

Ihr Professor ermutigte Díaz Merced, der Wissenschaft, die sie so sehr enttäuscht hatte, trotzdem nicht den Rücken zuzukehren. Sie solle das Vertrauen in Sound als Forschungsmethode wieder stärken. Im Lauf ihrer Karriere wurde sie immer wieder eingeladen, um über Bildung und Öffentlichkeitsarbeit zu sprechen. Stattdessen erklärte sie, wie die Forschung Sound nutzen kann. Erst vor Kurzem, erzählt Díaz Merced, habe sie mit einem Mann gesprochen, der damit versteckte Muster in der Genetik sucht.

»Heute wird Sound zwar genutzt, aber die Wissenschaftsgemeinschaft fragt noch immer nach einem Beweis, dass es funktioniert – selbst, wenn die mathematischen Ergebnisse eindeutig sind. Dabei nutze ich Audiodaten, damit ich überhaupt Informationen untersuchen kann, dafür sollte ich keinen Beweis geben müssen, der über die Mathematik und meine Ergebnisse hinausgeht. Ich habe das Recht, als Gleichwertige auf dem Feld zu forschen.«

Wenn Neutronensterne verschmelzen

Am 17. August 2017 erreichte ein 100 Sekunden langes Signal die Erde, dessen Frequenz mit der Zeit zunahm: ein sogenanntes Zirp-Signal (englisch: chirp), typisch für zwei extrem dichte Objekte, die sich umkreisen, aufeinander zufallen und verschmelzen. Drei Detektoren registrierten es. Es war das Signal einer Welle aus dem All, doch es war etwas ganz anderes als eine elektromagnetische Welle.

Vor mehr als hundert Jahren formulierte Albert Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie. Eine seiner Annahmen besagte, dass große Massen mit ihrer Anziehungskraft den Raum verformen. Und von großen Massen, die sich beschleunigt bewegen – wie etwa zwei Schwarze Löcher oder zwei Neutronensterne, die sich umkreisen – gehen Wellen aus, die den Raum verformen: Gravitationswellen. Einstein selbst glaubte, dass man Gravitationswellen niemals nachweisen können würde – zu schwach sei das Signal. Doch 2015 maßen Astronom:innen eine minimale Verzerrung des Raumes (siehe Infografik auf Seite XX). 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernt waren zwei Schwarze Löcher kollidiert (siehe Sound auf Seite XX).

Auch das Signal vom 17. August 2017 kam von einer Gravitationswelle, sie wurde von zwei verschmelzenden Neutronensternen ausgelöst. Neutronensterne sind ausgebrannte Sterne, sie entstehen, wenn der Kern eines massereichen Sterns unter den Kräften seiner eigenen Gravitation zusammenbricht und die freiwerdende Energie die äußere Hülle sprengt. Im Inneren des Kerns werden sogar die Atome zerstört: Geladene Teilchen wandeln sich in ungeladene Teilchen, also in Neutronen und Neutrinos, um.

30 Sekunden vor der Verschmelzung der Neutronensterne hören sich die sonifizierten Daten an wie ein Flugzeug, das langsam Fahrt aufnimmt, um sich von der Erde abzustoßen. Zwei Sekunden vorher scheint es lauter, schneller zu werden. Und dann: ein weiches Blob. Nur wer ganz genau hinhört, kann es wahrnehmen, weil das Rauschen es fast verschluckt: Es klingt wie ein Tropfen, der auf die Wasseroberfläche fällt.

»Wenn Gravitationswellen vorbeiziehen, vergrößern oder verkleinern sie den Raum. Die Gravitationsobservatorien konzentrieren sich hauptsächlich, aber nicht nur, auf die Messung dieser durch die Gravitationswelle verursachten Raumveränderung oder Dehnung. Wir können die Dehnungsdaten definieren als ›die geringfügige Änderung des Abstands zwischen zwei Messpunkten aufgrund der Deformation der Raumzeit durch eine vorbeiziehende Gravitationswelle‹«.

Ein Jahr lang hörte sich Wanda Díaz Merced das Signal vom 17. August 2017 an und versuchte, Bereiche zu finden, die zum Weiterforschen interessant sein könnten. Sie suchte nach Veränderungen – was gar nicht so einfach ist, weil immer, in allen Daten, ein Hintergrundrauschen zu hören ist.

 »Die Daten enthalten ein natürliches Rauschen aus dem All, und das systemische Rauschen, das der Detektor von sich gibt. Am Anfang versuche ich, ein Gefühl dafür zu bekommen, wie dieses systemische Rauschen klingt. Dann überlege ich, wie es klingen würde, wenn ich ein Signal eines kosmischen Ereignisses über oder innerhalb dieses Rauschens entdecken würde. So kalibriere ich mein Ohr. Das ist sehr zeitaufwendig. Aber ich nehme mir gerne Stunden meines Lebens, oder Tage, Wochen, Monate, Jahre, um den Informationen zuzuhören – bis ich unterbrochen werde. Wenn zum Beispiel meine Mutter mit einer Geburtstagstorte kommt, dann lohnt es sich, meine Arbeit zu unterbrechen. Wenn mich jemand unterbricht, um eine Seifenoper im Fernsehen zu sehen, dann arbeite ich lieber weiter. Und wenn meine Hühner ein Ei legen, dann laufe ich in den Hinterhof und hole das Ei – dafür unterbreche ich meine Arbeit gerne.«

Was im Universum geschieht, ändert sich sekündlich. Wendet man mathematische Formeln an, um es zu erfassen, werden die Daten fixiert und Veränderungen vielleicht unterdrückt. Der Sound offenbart, was mathematische Berechnungen verdecken.

»Je turbulenter das Medium ist – also die Umgebung, die die Welle durchquert – desto niedriger ist der Ton. Und je weniger turbulent das Medium, desto höher ist der Ton. Als ich die Gravitationswelle analysierte, erhielten wir durch diese Tonveränderungen Informationen über die Verteilung der Massen.«

Wanda Díaz Merced nutzt das Hören als eine Art Voranalyse der Messdaten. Hätten sich Astronom:innen auch auf ihr Gehör verlassen und nicht bloß auf ihre Augen und ihre Berechnungen, dann hätten sie Gravitationswellen schon früher entdeckt, darin ist sich Díaz Merced sicher. Und vielleicht noch mehr: In den Daten der Gravitationswelle vom 17. August 2017 hörte Díaz Merced nicht-periodische Impulse – eine Entdeckung, die sie noch nicht benennen kann. »Was für ein Ereignis das ist, das kann ich noch nicht sagen und ich würde nicht riskieren zu raten. Ich riskiere, meine Glaubwürdigkeit zu verlieren, wenn ich einen Fehler mache.«

Wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren und eine Gravitationswelle auslösen, klingt das fast wie Techno: Es beginnt mit einer drückenden Geräuschkulisse und endet in einem Wwwwumm. In dieser Tonaufnahme wurde die Frequenz des Signals allerdings erhöht, damit das menschliche Ohr es besser wahrnehmen kann. So klingt es wie das Geräusch eines Tropfens, der auf Wasser fällt. Wanda Díaz-Merced hört sich diese Daten immer und immer wieder an, ganz langsam.

Kommen diese nicht-periodischen, unterschiedlich langen Pulse von der Gravitationswelle – oder vom Detektor oder einem anderen Ereignis im Universum? Zurzeit prüfen Gutachter:innen die Informationen. Wanda Díaz Merced hofft und betet, dass sie dem, was sie gehört hat, bald einen Namen geben kann.

»Wenn ich mir Daten anhöre, zoome ich in sie hinein. Ich fühle, wie die Informationen durch meine Ohren in meinen Körper dringen – ich werde eins mit ihnen. Wenn ich etwas höre, das noch niemand gesehen hat, verifiziere ich es und dann kann ich ihm einen Namen geben und es physikalisch erklären. Außerdem ist das ein wirklicher Beweis: Dass Menschen mit anderen Leistungsvermögen viel beitragen können in der Forschung. Und dass die Türen für sie immer offen sein sollten.«

Offene Türen für alle

Inzwischen gibt es Technik, die Astronomie erlebbar macht für Menschen, die nicht sehen können: LightSound ist ein Gerät, das Lichtintensität in Sound umwandelt und so eine Sonnenfinsternis hörbar macht. Wenn der Mond sich langsam vor die Sonne schiebt, dann bricht ein hoher Flötenton ab in tiefere Töne, die klingen, als ginge dem Gerät der Akku aus. In der Dunkelheit beginnt es zu rattern, als würde ein Motorrad starten. Und dann, sobald wieder das Licht der Sonne das Gerät erreicht, springen die tiefen Töne die Tonleiter nach oben und enden im Flötenton.

Wanda Díaz Merced hat an dem Projekt mitgearbeitet und es weiterentwickelt: An der Universidad del Sagrado Corazón in Puerto Rico, wo sie zurzeit arbeitet, hat sie zusammen mit ihren Mitarbeiter:innen und dem LightSound-Team ein Instrument erfunden, das die Daten, die LightSound ausgibt, in Vibrationen umwandelt. An ein optisches Teleskop angeschlossen, lassen sich die Sterne damit sehen, hören und fühlen.

»Was mich am Universum fasziniert, ist seine Unermesslichkeit. Wenn du das All wahrnimmst, dann nimmst du alles wahr: von Dingen, die unendlich klein sind, zu Dingen, die unendlich groß sind. Alles, was da ist, wird umarmt vom All. Immer, wenn ich einen Moment für mich brauche – weg von Schmerz und Vorurteil, dann schalte ich meine Sounds an und reise in das Universum. Es bringt mich zurück zu dem, was wir Menschen von Natur aus sind: Trotz aller Unterschiede sind wir alle gleich.«

Erschienen an 5. September 2024