In einer Sitzung am 20. Juni 2017 hat das Science Programme Committee der ESA den weltraumbasierten Gravitationswellen-Detektor „Laser Interferometer Space Antenna“ (LISA) als dritte große (L3) Mission im Cosmic-Vision-Plan der ESA ausgewählt. LISA wird aus drei Satelliten im Abstand von Millionen Kilometern bestehen. Diese vermessen ihre gegenseitigen Abstände hochpräzise mit Laserlicht, um im Weltraum Gravitationswellen nachzuweisen. Forscher am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik Hannover und am Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover sind führende Mitglieder des internationalen LISA-Konsortiums.
Abb.: Die geplante LISA-Mission besteht aus drei Satelliten im Abstand von Millionen von Kilometern. (Bild: AEI / MM / exozet; GW-Simulation: NASA / C. Henze)
LISA wird irdische Gravitationswellen-Detektoren durch die Beobachtung der Raumzeitkräuselungen bei niedrigen Frequenzen ergänzen. Diese entstehen beispielsweise bei der Verschmelzung extrem massereicher schwarzer Löcher und in Doppelsternsystemen. Nach der Auswahl am 20. Juni werden nun Design und Kostenberechnung der Mission abgeschlossen. Danach wird die Mission zur „Annahme“ durch die ESA vorgeschlagen, gefolgt von der Konstruktion der Satelliten. Der Start der Mission ist für 2034 geplant.
„Nach 25 Jahren harter Arbeit der Entwicklung und Planung unseres Gravitationswellen-Detektors im Weltraum bin ich hocherfreut, diesen Tag zu erleben, der die Geburt der LISA-Mission darstellt. LISA wird ein einzigartiges Observatorium sein und unser Verständnis vom Universum revolutionieren“, sagt Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik Hannover und Direktor des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover. „Mit LISA könnten wir dem Echo des Urknalls lauschen und werden die Klänge von verschmelzenden Paaren extrem massereicher schwarzer Löcher aus dem gesamten Universum hören.“
Einstein sagte Gravitationswellen aus seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorher. Sie wurden im September 2015 – 100 Jahre nach der Vorhersage – erstmals von den Advanced-LIGO-Detektoren auf der Erde nachgewiesen. Zwei weitere eindeutige Nachweise folgten. Observatorien im Weltraum wie LISA werden existierende Detektoren auf der Erde ergänzen, indem sie niederfrequente Gravitationswellen messen, die sich auf der Erde nicht nachweisen lassen.
Die von irdischen Detektoren empfangenen Signale haben Frequenzen im Bereich von einigen zehn Hertz bis zu mehreren Kilohertz, doch Gravitationswellen umspannen ein viel breiteres Spektrum. Niederfrequente Gravitationswellen werden insbesondere von Ereignissen wie bei Galaxienkollisionen verschmelzenden extrem massereichen schwarzen Löchern mit Millionen oder Milliarden Sonnenmassen, Millionen von Doppelsternen in unserer Galaxie oder exotischen Quellen wie kosmischen Strings erzeugt.
Die bei diesen Ereignissen abgestrahlten Gravitationswellen im Frequenzbereich von 0,1 Millihertz bis 1 Hertz nachzuweisen erfordert es, winzige relative Längenänderungen im Pikometerbereich zwischen Objekten im Abstand von Millionen Kilometern nachzuweisen. Dies ist nur im Weltraum möglich, wo außerdem die Störeinflüsse irdischer Detektoren wie Seismik, thermisches Rauschen und Schwerkraftgradienten nicht existieren.
LISA Pathfinder ist eine ESA-Mission, gebaut um die Schlüsseltechnologien für LISA zu demonstrieren. Die Mission hat diese über jeden Zweifel erhaben gezeigt und dabei alle Erwartungen übertroffen. Ende Juni – nach 16 Monaten wissenschaftlichen Messbetriebs – wird LISA Pathfinder seine Mission vollenden.
Im Jahr 2013 wählte die ESA das Wissenschaftsthema des „gravitativen Universums“ für die L3-Mission aus. Die am 20. Juni erfolgte Auswahl der LISA-Mission ist der zweite Schritt zu einem Gravitationswellen-Observatorium im Weltraum. Nun werden die Details des Missionsdesigns vervollständigt und die Kosten werden evaluiert. Schließlich wird die Mission für die Annahme durch die ESA vorgeschlagen werden. Danach erfolgt die Konstruktion und der Bau der Satelliten. Der Start der drei Satelliten ins All ist für 2034 vorgesehen. Der wissenschaftliche Messbetrieb würde rund ein Jahr nach dem Start beginnen und die Missionsdauer ist für mindestens vier Jahre vorgesehen und könnte für bis zu zehn Jahre ausgedehnt werden.
AEI / DE
