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

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Veröffentlichung

1.
The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration
An Upper Limit on the Stochastic Gravitational-Wave Background of Cosmological Origin

Weiterführende Informationen

Pressemitteilung des CalTech

LIGO lauscht nach Gravitationsechos aus der Frühzeit unseres Universums

Ein Forschungsprojekt der internationalen LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) Scientific Collaboration sowie der Virgo Collaboration bringt wesentliche neue Erkenntnisse zur frühen Entwicklung unseres Universums.

19. August 2009

An der Untersuchung, die am 20. August in der Zeitschrift Nature erscheint, waren Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Hannover und Potsdam sowie der Leibniz Universität Hannover beteiligt.

Die jetzt veröffentlichte wissenschaftliche Arbeit basiert auf der Auswertung von Daten, die im Zweijahreszeitraum 2005 bis 2007 aufgezeichnet wurden. Sie liefert die bisher genaueste Einschränkung für die Stärke von Gravitationswellen, die beim Urknall entstanden sein könnten. Auf diese Weise konnten die Vorstellungen, wie das Universum in seinen frühesten Momenten aussah, erheblich eingegrenzt werden.

Ähnlich wie bei der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung nimmt man an, dass der Urknall eine Flut von Gravitationswellen - winzige Verzerrungen der Raum-Zeit - verursacht hat, die noch immer das Universum ausfüllt und Informationen über die Zeit unmittelbar nach dem Urknall mit sich trägt. Diese frühen Gravitationswellen treten als eine stochastische Hintergrundstrahlung auf. Sie ist vergleichbar mit der Überlagerung von verschieden großen und aus unterschiedlichen Richtungen kommenden Wellen, die sich auf der Oberfläche eines Teiches überlagern. Die Amplitude dieses Hintergrundes steht in direktem Zusammenhang mit den Parametern, die das Verhalten des Universums während der ersten Minute nach dem Urknall bestimmt haben.

Die jüngsten Forschungsergebnisse schränken auch aktuelle Modelle von kosmischen Strings ein. Kosmische Strings sind Objekte, die nach der Theorie aus der Anfangszeit unseres Universums stammen und im Laufe der Expansion des Universums auf eine enorme Größe gestreckt wurden. Nach Ansicht mancher Kosmologen können diese Strings Schleifen bilden, die Gravitationswellen produzieren, wenn sie vibrieren, zerfallen und sich schließlich auflösen.
Auch heute noch tragen Gravitationswellen Informationen über ihre heftige Entstehung mit sich - und über die Natur der Gravitation selbst. Diese Informationen können bisher mit keiner anderen astronomischen Methode als der Gravitationswellenforschung erschlossen werden.

Die Existenz von Gravitationswellen wurde von Albert Einstein bereits 1916 im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Seit 2002 nehmen die Gravitationswellendetektoren LIGO und GEO600 Daten auf, 2007 hat sich auch Virgo der Suche angeschlossen.

Die Autoren der neuen wissenschaftlichen Abhandlung berichten, dass der stochastische Gravitationswellen-Hintergrund noch nicht gefunden wurde. Trotzdem ermöglicht gerade dieses „Nichtmessen“ einen Einblick in die Frühgeschichte des Universums und das Eingrenzen entsprechender Theorien.

Die jetzt publizierte Untersuchung basiert auf Daten, die von den drei amerikanischen LIGO- Interferometern aufgenommen wurden: zwei LIGO-Detektoren mit Armlängen von zwei bzw. vier Kilometern stehen in Hanford im Bundesstaat Washington, ein weiterer mit einer Armlänge von vier Kilometern arbeitet in Livingston im Bundesstaat Louisiana. Jeder Detektor besteht aus einem L-förmigen Laserinterferometer, dessen Laserstrahl in zwei Teilstrahlen aufgespalten wird, die in den Armen des Interferometers hin und her laufen. Die beiden Strahlen dienen dazu Längenunterschiede zwischen den Armen präzise zu messen.

Nach der allgemeinen Relativitätstheorie wird ein Arm des Interferometers von einer durchquerenden Gravitationswelle ein wenig gestreckt, während gleichzeitig der andere ein wenig gestaucht wird. Das Interferometer ist so konstruiert, dass Längenänderungen zwischen den beiden Armen von weniger als einem tausendstel des Durchmessers eines Atomkerns gemessen werden können. Aufgrund dieser außergewöhnlichen Genauigkeit können mit Hilfe der Instrumente jetzt einige Modelle zur Entwicklung des frühen Universums getestet werden, die davon ausgehen, dass ein stochastischer Gravitationswellen-Hintergrund produziert wurde.

 
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