GRAVITATIONSWELLEN
Neuer Detektor aLIGO wird eingeweiht
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
astronews.com
18. Mai 2015

Im US-amerikanischen Hanford wird morgen mit Advanced LIGO eine neue Generation von Gravitationswellen-Observatorien eingeweiht. Entscheidende Komponenten dafür wurden zuvor bei Hannover getestet. Von dem Detektor erhoffen sich die Wissenschaftler den ersten direkten Nachweis der von Einstein postulierten Wellen. Die erste Messkampagne soll im Herbst beginnen.

Das Gravitationswellen-Observatorium GEO600 befindet sich in Ruthe bei Sarstedt, rund 20 Kilometer südlich von Hannover. Hier wurden Technologien für aLIGO getestet. Foto: Harald Lück/AEI  [Großansicht]

Am morgigen Dienstag ist es soweit: Die LIGO Scientific Collaboration (LSC) weiht mit dem Detektor Advanced LIGO (aLIGO) eine neue Generation von Gravitationswellen-Observatorien ein. Eine führende Rolle bei der Entwicklung des neuen Detektors spielten Forscher des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut; AEI) in Hannover und Potsdam. Die feierliche Inbetriebnahme der zweiten Detektorgeneration findet am Standort Hanford im US-Bundesstaat Washington statt.

Der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen ist den Forschern bislang noch nicht geglückt - trotz aller früherer Versprechungen, dass er nun eigentlich unmittelbar bevorstehen müsste. Gelingt die Messung allerdings, dürfte sich dadurch ein neues Fenster zur sonst unsichtbaren "dunklen" Seite des Universums öffnen und den Beginn der Gravitationswellen-Astronomie markieren. Der Aufwand, so die Überzeugung der Wissenschaftler, lohnt sich also. Mit dem neuen Detektor stünden die Chancen bald so gut wie nie, dass diese ominösen Wellen auch tatsächlich nachgewiesen werden.

Gravitationswellen sind Kräuselungen der Raumzeit, die bei kosmischen Katastrophen ausgesendet werden - beispielsweise von explodierenden Sternen, verschmelzenden Schwarzen Löchern oder Neutronensternen und schnell rotierenden, kompakten Sternresten. Albert Einstein sagte die Existenz dieser Wellen bereits im Jahr 1916 voraus, doch sie wurden bislang noch nie direkt beobachtet. Die aLIGO-Instrumente sollten, so die Erwartung, bei Erreichen der Design-Empfindlichkeit jährlich mehrere Gravitationswellen-Ereignisse nachweisen.

Wissenschaftler des AEI entwickelten und installierten gemeinsam mit dem Laser Zentrum Hannover die Hochleistungslaser, die im deutsch-britischen GEO600-Detektor in der Nähe von Hannover getestet wurden. Jetzt werden sie in beiden aLIGO-Detektoren eingesetzt und bilden das Herz der hochpräzisen Messtechnologie. "Mit unseren britischen Kollegen entwickelten und betreiben wir den Gravitationswellen-Detektor GEO600. Wir nutzen ihn als Ideenschmiede und Prüfstand für fortschrittliche Detektortechnik", sagt AEI-Direktor Prof. Karsten Danzmann, der auch Direktor des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover ist. „Viele dieser neuartigen Methoden werden nun in den aLIGO-Detektoren eingesetzt, beispielsweise Signalüberhöhung und monolithische Spiegelaufhängungen."

Die Abteilung von Danzmann am AEI spielt eine Vorreiterrolle bei der Entwicklung und Anwendung von nicht-klassischem Licht in Gravitationswellen-Detektoren. GEO600 ist der weltweit einzige Detektor, der sogenanntes gequetschtes Licht einsetzt, um die Empfindlichkeit über die durch die Quantennatur des Lichts gesetzten Grenzen hinaus zu steigern.

Forscher am AEI entwickeln und implementieren zudem auch fortschrittliche und effiziente Methoden der Datenanalyse für die Suche nach schwachen Gravitationswellen-Signalen in den aLIGO-Daten. "Das AEI ist ein führender Partner bei der weltweiten gemeinsamen Datenanalyse der LSC", erläutetr Prof. Bruce Allen, Direktor am AEI. "Für diesen Zweck betreiben wir Atlas, den leistungsfähigsten speziell für die Gravitationswellen-Datenanalyse gebauten Computercluster der Welt."

Während der ersten wissenschaftlichen Messkampagne, die im Herbst 2015 beginnen soll, wird Allens Abteilung die Messdaten mit Atlas durchsuchen. Zusammen mit US-amerikanischen Partnern betreibt die Abteilung auch Einstein@Home, ein globales, verteiltes Rechenprojekt zur Gravitationswellen-Datenanalyse. Rund 400.000 Freiwillige aus aller Welt haben in den vergangenen Jahren Rechenzeit auf ihren Heimcomputern, Laptops und Smartphones für das Projekt zur Verfügung gestellt.

Mit aufwändigen analytischen Näherungen der allgemeinen Relativitätstheorie entwickeln AEI-Wissenschaftler zudem genaue Wellenform-Modelle für die vielversprechendsten Quellen von Gravitationswellen. "Wir haben die bislang genauesten Modelle für Signalwellenformen für verschmelzende Schwarze Löcher entwickelt. Zusammen mit unseren LSC-Kollegen werden wir auf dem Atlas-Computercluster eine Suche nach diesen Signalen in den aLIGO-Daten durchführen. Die Gravitationswellen dieser Systeme zu beobachten wird uns komplett neue Erkenntnisse über diese anderweitig unsichtbaren Objekte liefern", so Prof. Alessandra Buonanno, Direktorin am AEI in Potsdam.

"Die neue Suche ist die erste, die alle Phasen vor, nach und während des Verschmelzungsprozesses und den Einfluss der Eigendrehungen der Schwarzen Löcher berücksichtigt. Dies wird die Suchempfindlichkeit erhöhen und so unsere Chance auf einen Nachweis erhöhen," erklärt Buonanno weiter. AEI-Wissenschaftler haben zusammen mit LSC-Kollegen auch einen zweiten Analyse-Schritt für die erste wissenschaftliche Messkampagne vorbereitet, der astrophysikalische Eigenschaften der verschmelzenden Schwarzen Löcher bestimmen wird.