Nanohertz (nHz)

Das Nanohertz ist eine Frequenzeinheit und entspricht einem Milliardstel Hertz. Sein Zeichen ist nHz. Ein Nanohertz ist eine Schwingung je Milliarde Sekunden, knapp zweiunddreißig Jahre; eine einzige Schwingung dieser Frequenz dauert also länger als die meisten Berufslaufbahnen.

Fast nichts nutzt sie, und dann wurde sie 2023 zu einer der meistbesprochenen Einheiten der Physik. Mehrere Kollaborationen von Pulsar-Timing-Arrays, unabhängig voneinander auf vier Kontinenten tätig, berichteten Hinweise auf einen Hintergrund von Gravitationswellen im Nanohertzbereich. Das Signal scheint von Paaren supermassereicher Schwarzer Löcher zu stammen, die einander in den Zentren verschmolzener Galaxien über die gesamte Geschichte des Universums hinweg umkreisen.

Das Messverfahren ist bemerkenswert. Millisekundenpulsare sind Neutronensterne, die sich hundertfach je Sekunde drehen und einen Strahl aussenden, der mit außerordentlicher Regelmäßigkeit über die Erde streicht und es mit Atomuhren aufnimmt. Eine Gravitationswelle, die die Galaxis durchquert, dehnt und staucht den Raum zwischen Erde und jedem Pulsar und verschiebt die Ankunftszeiten der Impulse um einige hundert Nanosekunden. Indem Dutzende Pulsare zwei Jahrzehnte lang beobachtet und auf ein bestimmtes Korrelationsmuster hin geprüft werden, weisen Astronomen Wellen nach, deren Wellenlängen in Lichtjahren gemessen werden.

Bei diesen Frequenzen könnte kein Gerät anders arbeiten. Ein Detektor muss in seiner Größe mit der gesuchten Wellenlänge vergleichbar sein, und eine Gravitationswelle von einem Nanohertz hat eine Wellenlänge von einigen Dutzend Lichtjahren. Die Galaxis selbst ist die Apparatur, und die Pulsare sind ihre Marken.

Sonst erscheint die Einheit nur in den langsamsten natürlichen Zyklen. Die Präzession der Erdachse benötigt rund 26 000 Jahre, etwa 1,2 Nanohertz. Die Bahnschwankungen von Exzentrizität, Schiefe und Präzession, die den Takt der Eiszeiten vorgeben, die Milanković-Zyklen, reichen von etwa 0,5 Nanohertz bis zu einem Zehntel davon.

Unterhalb des Nanohertz gerät der Begriff der Frequenz in Bedrängnis, denn nichts ist lange genug beobachtet worden, um einen vollen Zyklus zu sehen, und der Wert wird aus der Theorie erschlossen statt gezählt.

Ein Nanohertz entspricht 0,000000001 Hertz, einer Schwingung je Milliarde Sekunden oder 0,001 Mikrohertz.

Umrechnungstabelle für Nanohertz