Auto-Tune jetzt auch für Gravitationswellendetektoren
„Astrophysical Calibration“ erfüllt in den Interferometer-Anlagen eine ähnliche Funktion wie die automatische Tonhöhenkorrektur in der Musikproduktion.
Das internationale Netzwerk der Gravitationswellen-Detektoren der LIGO-Virgo-KAGRA (LVK)-Kollaboration besteht aus fünf kilometergroßen Instrumenten. Alle lassen ultrareines Laserlicht mehrfach zwischen Spiegeln hin- und herlaufen. Damit messen sie die winzigen Längenänderungen von weniger als einem Attometer, die vorbeiziehende Gravitationswellen verursachen. Um solche winzigen Längenänderungen nachweisen zu können, müssen die Detektoren sorgfältig in Echtzeit kalibriert werden. Entscheidend für diese Kalibrierung ist ein präzises Modell davon, wie der Detektor auf Gravitationswellen reagiert. Eine nicht optimale Kalibrierung des Detektors kann die Qualität beeinträchtigen, mit der das Signal empfangen wird. In der Folge kann dies auch die Interpretation des kosmischen Phänomens verfälschen, das das Signal erzeugt hat.
Nun berichtet die LVK über die erste erfolgreiche Demonstration einer neuen Methode mit dem Namen „astrophysikalische Kalibrierung“. Sie kann eine nicht optimale Detektorkalibrierung nachträglich – nach Abschluss der Messung – finden und korrigieren. Das ist wie die automatische Tonhöhenkorrektur in der Musikproduktion, die auch als Auto-Tune bekannt ist. Dabei werden Abweichungen der Tonhöhe eines Gesangs nach der Aufnahme eines Liedes korrigiert.
Wenn sich ein Gravitationswellensignal deutlich vom Hintergrundrauschen des Detektors abhebt, dann lässt es sich laut und deutlich beobachten. In diesem Fall können die Forschenden das Signal mit Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie und mit Beobachtungen desselben Signals in anderen gut kalibrierten Detektoren vergleichen. So können sie „verstimmte“ Messungen eines nicht optimal kalibrierten Detektors nachträglich korrigieren. Die LVK-Forschenden nutzen Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie, um zu ermitteln, wie das Signal klingen sollte – so wie Musiker:innen eine Partitur verwenden, um die Tonhöhe eines Gesangs zu bestimmen.
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Die LVK-Forschenden haben diese Technik auf zwei besonders starke Gravitationswellensignale angewendet, GW240925 und GW250207. Die beiden Signale wurden am 25. September 2024 bzw. am 7. Februar 2025 aufgefangen. Zu beiden Zeitpunkten war der LIGO-Detektor in Hanford nicht optimal kalibriert. Das erschwerte die Interpretation seiner Daten erheblich. Durch den Vergleich der LIGO-Hanford-Daten mit theoretischen Vorhersagen und Beobachtungen derselben Signale durch den LIGO-Detektor in Livingston und den Virgo-Detektor konnten die Forschenden genau bestimmen, wie das „verstimmte“ LIGO-Hanford-Instrument die erfassten Daten verzerrte.
Das Signal GW240925 diente als Nagelprobe für die neue Methode. Die astrophysikalische Kalibrierung bestand diesen Test mit Bravour. Sie bestätigte die bekannten Abweichungen der Kalibrierung, die auch vor Ort bei LIGO Hanford gemessen worden waren.
Im Fall von GW250207 war es jedoch unerlässlich, auf die astrophysikalische Kalibrierung zurückzugreifen, um die Daten bestmöglich zu nutzen. Denn für den LIGO-Hanford-Detektor gab es keine zuverlässigen Messungen der Kalibrierung vor Ort. Mithilfe der astrophysikalisch korrigierten Kalibrierung des LIGO-Hanford-Detektors konnten die Forschenden die Abweichungen der Kalibrierung berücksichtigen. So vermieden sie eine verfälschte Interpretation des astrophysikalischen Ursprungs des Signals.
In ihrer Veröffentlichung berichten die Astrophysiker:innen, dass GW240925 von einer Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher stammte. Diese wogen das 9- bzw. 7-fache unserer Sonne. Ihre Gravitationswellen durchliefen das All für etwa 1,0 Milliarden Jahre, bevor sie die LVK-Detektoren erreichten. GW250207 wurde durch die Verschmelzung zweier schwererer Schwarzer Löcher verursacht, die das 35- bzw. 31-fache der Masse unserer Sonne auf die Waage brachten. Die Wellen dieser zweiten Verschmelzung durchliefen das Universum etwa 570 Millionen Jahre lang, bevor sie die Erde erreichten. [Virgo / AEI / dre]
Weitere Informationen
- Originalveröffentlichung
A. G. Abac, I. Abouelfettouh, F. Acernese, et al., GW240925 and GW250207: Astrophysical calibration of gravitational wave detectors, Phys. Rev. Lett., accepted 30. April 2026; DOI: 10.1103/gzrj-mwv3 - Virgo Collaboration, Consorzio EGO, Cascina (Pisa)
- Abt. Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie (Alessandra Buonanno), Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), Potsdam
