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An der Schwelle zur Gravitationswellenastronomie

Londoner Science Museum prsentiert Exponate aus der aktuellen Gravitationswellenforschung in der Ausstellung Cosmos & Culture

Das AEI stellt dafr das Modell eines LISA-Satelliten in Originalgre zur Verfgung.

Anlsslich der Ausstellung Cosmos & Culture zeigt das Londoner Science Museum erstmals Exponate aus der aktuellen Gravitationswellenforschung und der damit verbundenen Technologieentwicklung. Zu sehen ist insbesondere das Modell eines LISA-Satelliten in Originalgre, das vom Max-Planck-Institut fr Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) an der Leibniz Universitt Hannover zur Verfgung gestellt wird. LISA steht fr Laser Interferometer Space Antenna, das wohl aufregendste Projekt zur Messung von Gravitationswellen und eine der grten gemeinsamen Weltraummissionen von NASA und ESA. Das Weltraum-Observatorium wird aus einer Dreiecks-Formation von drei Satelliten bestehen, die durch fnf Millionen km lange Laserstrahlen miteinander verbunden sind und im Erdorbit die Sonne umkreisen. Starten soll LISA 2020. Bereits 2011 wird LISAs hochprzise Technologie im All getestet: mit Hilfe der LISA-Pathfindermission unter Federfhrung der ESA.

Fr uns Wissenschaftler vom AEI ist es eine besondere Ehre, im London Science Museum einen Ausblick in die Zukunft zu geben. Das AEI hat dem renommierten Museum das 1:1-Modell eines LISA-Satelliten sehr gerne zur Verfgung gestellt, sagt Prof. Dr. Karsten Danzmann, Direktor am AEI und wissenschaftlicher Leiter der LISA-Mission von europischer Seite.

Ausgestellt werden auch zentrale Elemente der erdgebundenen Gravitationswellenobservatorien, darunter:
Eine 25 Zentimeter groe und 23 Kilo schwere Prototyp-Testmasse aus reinstem synthetischem Saphir, die fr die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der deutsch-britischen GEO-Kollaboration hergestellt wurde. Die Testmasse ist zentrales Element der Przisionsmessungen mit einem Laserinterferometer. An ihr wird der Laserstrahl reflektiert, verstrkt und wieder zum Ausgangspunkt zurck gesendet. Sie sprt die durchlaufende Gravitationswelle auf. Die extrem hochwertigen Testmassen werden am Institute for Gravitational Research (IGR) an der University of Glasgow in Schottland entwickelt. Von dort stammt auch der gezeigte Prototyp.

Auerdem wird der Prototyp einer Testmassen-Aufhngung gezeigt, wie sie in Krze in der nchsten Generation der amerikanischen Gravitationswellendetektoren (Advanced LIGO) installiert wird. Die zwei Meter hohe mehrfache Pendel-Aufhngung wird erheblich dazu beitragen, LIGOs Messgenauigkeit zu erhhen, denn sie entkoppelt die Testmasse deutlich besser als alle Vorgngermodelle von seismischen Strungen. Sie erlaubt also przisere Messungen des Laserinterferometers. Unter Strungen verstehen die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in diesem Zusammenhang selbst allerkleinste Erschtterungen, beispielsweise ein kilometerweit entfernt vorbei fahrendes Auto oder ein Erdbeben in Japan. Entwickelt wurde die mehrfache Pendelaufhngung am GEO600-Detektor unter der Federfhrung des STFC Rutherford Appleton Laboratory.

Die Messung von Gravitationswellen und mit ihr die Gravitationsphysik ist einer der Eckpunkte der faszinierenden Sonderausstellung Cosmos & Culture des Londoner Science Museums. Sie dauert noch bis zum Jahresende 2010.

Weitere Informationen, Abbildungen, Sounddateien und Footage:
Susanne Milde, Tel.: 0331 583 93-55, Fax: -57, milde@mildemarketing.de

Links:
Cosmos & Culture:
http://www.sciencemuseum.org.uk/visitmuseum/galleries/cosmos_and_culture.aspx


LISA:
http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=27
http://lisa.nasa.gov/http://www.lisa-science.org/
http://www.esa.int/esaSC/120397_index_0_m.html

GEO600: http://www.geo600.de
Institute for Gravitational Research, University of Glasgow: http://www.physics.gla.ac.uk/igr/
STFCs Rutherford Appleton Laboratory: http://www.stfc.ac.uk/About/find/RAL/introduction.aspx
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute), Germany: http://www.aei.mpg.de

Hintergrundinformationen

Cosmos & Culture Die Ausstellung
Seit der Steinzeit beobachten die Menschen die Sterne. Der Himmel war fr die Menschheit Uhr und Kompass und immer auch eine Quelle der Wunder. Unser Verstndnis des Universums hat sich seit den Anfngen immer wieder verndert, ebenso wie die Astronomie selbst, die als Wissenschaft begeistert und fasziniert. Die Sonderausstellung des Londoner Science Museum erzhlt mit einer einzigartigen Sammlung die Geschichten von Menschen und Sternen. Cosmos & Culture schlgt den Bogen vom historischen Erbe der astronomischen Antike bis zu innovativen und wegbereitenden Technologien des 21.Jahrhunderts. Die Messung von Gravitationswellen ist in diesem Zusammenhang eine besondere Herausforderung und eine Quelle vllig neuer Erkenntnisse ber Zeit und Raum.

Gravitationswellenastronomie
Schon heute knnen wir das Universum in vielen Wellenlngen beobachten: mit Hilfe von Teleskopen, das Weltall im optischen, infraroten, Gamma- oder auch Rntgen-Bereich untersuchen. Mit der Gravitationswellenastronomie werden wir zum ersten Mal ins Universum lauschen knnen - und vollkommen neue Einblicke erhalten. Wir werden kollidierende Schwarze Lcher und auch das Echo des Urknalls hren knnen und viel ber die Entwicklung unseres Universums lernen. Es gibt noch viel zu entdecken, denn noch immer sind 96 Prozent des Universums unbekannt. Der direkte Nachweis von Gravitationswellen gehrt also zu den spannendsten Aufgaben der modernen Physik.
Gravitationswellen wurden 1916 von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativittstheorie vorhergesagt. Sie entstehen beispielsweise, wenn zwei Schwarze Lcher miteinander kollidieren. Diese winzigen Verzerrungen der Raumzeit werden wir bald tatschlich hren knnen. Wie winzig Gravitationswellen sind, wird an einem Beispiel deutlich: Gravitationswellen einer Supernova-Explosion in einer Nachbargalaxie ndern die Lnge einer 1 km langen Teststrecke auf der Erde nur um ein Tausendstel eines Protonendurchmessers und das auch nur fr einige tausendstel Sekunden.

Gravitationswellenobservatorien auf der Erde Technologie und Ausblick
Gegenwrtig arbeiten mehrere Gravitationswellendetektoren der ersten Generation: Der deutsch-britische Gravitationswellendetektor GEO600 ist in der Nhe von Hannover angesiedelt und wird von Forschern des AEI sowie den britischen Universitten Glasgow, Cardiff und Birmingham betrieben. Finanziert wird das GEO-Projekt von der Max-Planck-Gesellschaft sowie dem britischen Science and Technologies Facilities Council (STFC). GEO600 spielt in der Technologieentwicklung weltweit eine Vorreiterrolle und gilt als internationaler Think Tank der Gravitationswellenforschung. In Forschung, Technologieentwicklung und Datenauswertung arbeiten die GEO-Wissenschaftler eng mit ihren amerikanischen Kollegen vom LIGO-Projekt zusammen. Darber hinaus sind das franzsisch-italienisch-niederlndische Virgo-Projekt, das japanische TAMA- und das australische AIGO-Projekt in die internationale Kooperation eingebunden.
Jedes der L-frmigen Interferometer nutzt einen Laser, dessen Licht in zwei Strahlen geteilt wird. Diese Laserstrahlen laufen in einer Vakuumrhre zwischen zwei Spiegeln immer hin und her. Mit Hilfe der Laserstrahlen wird die Entfernung zwischen den exakt positionierten Spiegeln gemessen. Durchquert eine Gravitationswelle den Detektor, msste sich nach Albert Einsteins Allgemeiner Relativittstheorie die Entfernung der Spiegel zueinander geringfgig ndern, wenn eine Gravitationswelle eine Verformung der Raumzeit, die von massiven beschleunigten Objekten auf die Reise durchs Universum geschickt wird den Detektor passiert. Das Interferometer ist so empfindlich, das es eine Lngennderung des Laserarms von weniger als einem Tausendstel des Durchmessers eines Atomkerns erkennen kann.
Im Laufe des nchsten Jahrzehnts werden alle derzeit arbeitenden interferometrischen Gravitationswellendetektoren, also GEO600, LIGO und Virgo, zu Instrumenten der zweiten Generation aufgerstet.

LISA, das Gravitationswellenobservatorium im All
Ab etwa 2020 wird LISA die erdgebundenen Gravitationswellendetektoren ergnzen und noch tiefer ins Universum hren. LISAs enorme Empfindlichkeit wird genaueste Messungen und damit einen Blick weit zurck in die Geschichte unseres Universums ermglichen, wie es mit keiner anderen Technologie mglich ist. Neben vielen anderen Ergebnissen wird LISA mit groer Przision beobachten, wie Schwarze Lcher miteinander verschmelzen und grere Schwarze Lcher entstehen. Mit LISA werden Wissenschaftler auerdem schon vor einem Ereignis, wie der Verschmelzung von zwei superschweren schwarzen Lchern, ihren Kollegen an den optischen Teleskopen sagen knnen, in welche Richtung sie schauen mssen. LISA wird auch solche Ereignisse beobachten knnen, die weit in der Vergangenheit stattgefunden haben bis hin zu den ersten dieser Art berhaupt.

Auerdem wird LISA die Geschichte der Ausdehnungsgeschwindigkeit unseres Universums ermitteln knnen und ganz wesentlich dazu beitragen, die physikalischen Eigenschaften der mysterisen Dunklen Energie aufzuklren sie treibt heute mit immer grerer Geschwindigkeit die Expansion des Universums voran. LISAs Mglichkeit die Ausdehnung des Universums zu messen, basiert auf einer Entdeckung von AEI-Direktor Bernard Schutz im Jahr 1986: Er wies nach, dass man aus den Gravitationssignalen von umeinander kreisenden Schwarzen Lchern exakt ihre Entfernung zu uns ableiten kann. Dies ist die zuverlssigste Entfernungsmessung, die Astronomen heute fr so immens groe Distanzen zur Verfgung steht.


Hinweis an die Redaktionen

Fr weitere Informationen steht Ihnen Prof. Dr. Karsten Danzmann vom Institut fr Gravitationsphysik unter Telefon +49 511 762 2356 oder per E-Mail unter danzmann@aei.mpg.uni-hannover.de gern zur Verfgung.

Presseinformation vom 28.07.2009


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