20.02.2024

Die Schwingungen der Raumzeit

Die Universität Hamburg beteiligt sich am Gravitationswellen-Observatorium LISA.

Die Planungsphase des innovativen Weltraum-Observatoriums LISA wurde erfolgreich beendet. Damit beginnt nun die Umsetzungsphase des internationalen Großprojekts, an dem drei Arbeitsgruppen der Universität Hamburg beteiligt sind. Mit dem Exzellenzcluster „Quantum Universe“ liegt ein zentraler Forschungsschwerpunkt der Universität im Bereich Astro- und Teilchenphysik.


Abb.: Der Abstand zwischen den drei LISA-Satelliten wird 2,5 Millionen...
Abb.: Der Abstand zwischen den drei LISA-Satelliten wird 2,5 Millionen Kilometer betragen. Wenn Gravitationswellen durch das Universum wandern, ändert sich ihre Entfernung voneinander.
Quelle: NASA

Das Weltraumobservatorium LISA ist ein Mammutvorhaben der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA. Mithilfe des innovativen Messgeräts sollen ab Mitte der 2030er-Jahre Gravitationswellen im bisher unerforschten Frequenzbereich zwischen 0,1 Millihertz und einem Hertz erfasst werden.

Gravitationswellen sind Verzerrungen im Gewebe der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Gravitationswellen im niedrigen Frequenzbereich entstehen beispielsweise bei der Verschmelzung von supermassereichen schwarzen Löchern, die mehrere Millionen Mal schwerer sind als unsere Sonne. Sie können nicht von der Erde aus detektiert werden, weil Umwelteinflüsse wie seismische Aktivitäten oder lokale Vibrationen stören. Deswegen wird LISA im Weltraum operieren. Das Observatorium wird aus drei baugleichen Satelliten bestehen. Wenn Gravitationswellen durch das Universum wandern, ändert sich ihre Entfernung voneinander. Diese Veränderungen wird LISA messen.

LISA wird eines der größten und spannendsten Messinstrumente sein, das die Menschheit je gebaut hat, und wird uns mit hoher Wahrscheinlichkeit bahnbrechende neue Erkenntnisse über den Aufbau und die Entstehung des Universums liefern“, erklärt Oliver Gerberding, leitender Wissenschaftler am Exzellenzcluster „Quantum Universe“ der Universität Hamburg. Mit seinem Team und in Kooperation mit dem Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY entwickelt der Arbeitsgruppenleiter Messsysteme für die Gravitationswellendetektion.

Der Abschluss der Planungsphase ist ein wichtiger Meilenstein für das Projekt. Die ESA hat das gesamte Konzept überprüft – von der Definition der Gesamtmission bis hin zu der benötigten, noch zubauenden Hardware. Anschließend hat sie bestätigt, dass die Umsetzungsphase beginnen kann. Das heißt, ab jetzt wird tatsächlich gebaut“, sagt Thomas Kupfer, der ebenfalls am Exzellenzcluster „Quantum Universe“ an der Universität Hamburg forscht. Seine Arbeitsgruppe befasst sich mit Doppelsternsystemen, die sowohl mit elektromagnetischen Wellen als auch mit Gravitationswellen im LISA-Frequenzbereich messbar sind. Die Erforschung von Doppelsternen soll Informationen über die Entwicklung und das Schicksal von Sternen liefern.

Eine dritte Arbeitsgruppe unter Leitung von Géraldine Servant, stellvertretende Sprecherin des Exzellenzclusters „Quantum Universe“, forscht zu primordialen Gravitationswellen. Diese entstanden kurz nach dem Urknall. „Das neue Observatorium wird besonders empfindlich für Gravitationswellen sein, die in der Frühphase des Universums ausgesandt wurden. Damit eröffnet uns LISA völlig neue Möglichkeiten für die physikalische Forschung, die es uns erlauben könnten, die sehr hohen Energieskalen zu untersuchen, die das Universum weniger als eine Nanosekunde nach dem Urknall beherrschten“, so Servant.

U. Hamburg / DE


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