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Dr. Benjamin Knispel
Dr. Benjamin Knispel
Press Officer AEI Hannover
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Max Planck Institute for Gravitational Physics, Hannover

https://www.aei.mpg.de

Gravitationswellen-Astronomie am Albert-Einstein-Institut
in Hannover Gravitationswellen sind winzige Kräuselungen der Raumzeit, deren Existenz Albert Einstein bereits 1916 aus seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt hat. Sie werden von kosmischen Ereignissen wie Supernova-Explosionen, verschmelzenden Schwarzen Löchern oder kompakten Neutronensternen erzeugt. Ihre direkte Messung wird ein neues Fenster zum All eröffnen und eine neue Ära der Astronomie einläuten; doch bislang ließen sich die Wellen aus dem All noch nicht direkt nachweisen. Das AEI Hannover arbeitet unter dem Motto „Einstein weiterdenken“ auf mehreren Gebieten daran, diese erste direkte Detektion von Gravitationswellen zu ermöglichen.

In internationaler Zusammenarbeit betreibt das AEI den Gravitationswellen-Detektor GEO600 bei Ruthe, rund 20 Kilometer südlich von Hannover. Hochpräzise Messungen des interferometrischen Detektors mit 600 Meter langen Armen sollen die Kräuselungen der Raumzeit direkt nachweisen. Derzeit ist GEO600 der weltweit einzige große Gravitationswellendetektor im aktiven Messbetrieb und wird gleichzeitig im „GEO-HF“-Programm ausgebaut, um seine Empfindlichkeit für hochfrequente Gravitationswellen zu verbessern.

Die bei GEO600 verwendeten Laser-Lichtquellen wurden am AEI Hannover in Zusammenarbeit mit dem Laser Zentrum Hannover (LZH) entwickelt und gehören zu den präzisesten Lasern weltweit. Denn nur Laser deren Farbe, Intensität, Strahlform und -lage dauerhaft stabil sind, eignen sich zum Nachweis der schwachen Gravitationswellen. Das AEI plant und baut gemeinsam mit dem LZH auch die leistungsfähigen Lasersysteme der großen LIGO-Gravitationswellen- Detektoren in den USA.

Das AEI forscht bereits jetzt an der nächsten Generation der erdgebundenen, interferometrischen Gravitationswelldetektoren. Dazu betreibt das Institut einen Prototypen mit einer Armlänge von 10 Metern. Durch die Verwendung neuer mechanischer und optischer Aufbauten, Datenerfassungstechniken und speziellen Laserlichts soll die Messgenauigkeit weiter gesteigert werden.

Eine weitere Arbeitsgruppe des AEI untersucht, wie sich die Quanteneigenschaften des verwendeten Laserlichts verändern lassen, um dessen unvermeidliches Rauschen zu minimieren, welches letztendlich die Genauigkeit klassischer Messungen begrenzt. Das AEI entwickelt und betreibt dazu die weltweit besten „Quetschlichtquellen“, die in GEO600 bereits heute zum Einsatz kommen. Mit diesen Speziallasern gehen die AEI-Forscher auch Fragen der Metrologie, der Quantenkommunikation und der Grundlagenforschung nach.

Doch die Arbeit der Wissenschaftler beschränkt sich nicht nur auf erdgebundene Messungen. Das AEI ist an der Entwicklung der Satelliten-Mission GRACE Follow-on (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on) beteiligt. Das Satelliten-Zwillingspaar soll ab 2017 durch kontinuierliche Messungen des Erdschwerefelds wertvolle Beiträge zur globalen Klimaforschung liefern. Das Institut entwickelt die dabei zur Abstandsmessung der Satelliten verwendete Laserinterferometrie.

Auch zur Messung der Gravitationswellen führt der Weg ins All. In rund 15 Jahren soll eine Mission aus drei Satelliten, die der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne folgen, extrem niederfrequente Gravitationswellen – beispielsweise von verschmelzenden extrem massereichen Schwarzen Löchern – messen. Das AEI ist die weltweit führende Forschungseinrichtung bei der Entwicklung des Projekts mit dem Namen LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Die drei Satelliten sollen dabei am AEI entwickelte Laserinterferometrie verwenden, um durch Gravitationswellen verursachte Abstandsänderungen zu erfassen. Bereits 2015 wird mit LISA Pathfinder ein Satellit ins All starten und diese Methoden demonstrieren. Das AEI stellt einen der Chef-Wissenschaftler des Projekts und die verwendete Lasermesstechnik.

Zur Auswertung der anfallenden großen Datenmengen der Gravitationswellendetektoren betreibt das AEI „Atlas“, den weltweit größten Computercluster der Gravitationswellenforschung. Das Institut ist außerdem maßgeblich am verteilten Rechenprojekt Einstein@Home beteiligt, das mithilfe von hunderttausenden Freiwilligen aus aller Welt die Daten analysiert. Diese Bürgerwissenschaftler stellen dazu brachliegende Rechenzeit auf ihren PCs zur Verfügung und haben bereits mehrere astronomische Entdeckungen gemacht.

Weitere Informationen über die am AEI betriebene Forschung bieten die Fachvorträge der AEIForscher während der Tagung, Führungen durch die Institutslabore und den Computercluster Atlas, sowie der Ausflug zum Gravitationswelldetektor GEO600. Ein Informationsstand zu LISA und Einstein@Home steht im Hauptgebäude der Leibniz Universität während der gesamten Tagung zur Verfügung. Am Donnerstag findet der Vortrag „Listen to the Universe“ mit weiteren Hintergrundinformationen zu diesen beiden Projekten statt.

 
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