Europäische Exzellenz in der Gravitationswellenforschung
Gravitationswellen gehören zu den bemerkenswertesten Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Hierbei handelt es sich um Wellen in der Krümmung der Raumzeit, die durch die Beschleunigung von Objekten im Universum verursacht werden und schwer zu erkennen sind. Um sie zu erkennen, müssen sie von extrem dichten, massereichen Objekten erzeugt werden, die sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten bewegen. Dank einer neuen Generation von Detektoren – dem US-amerikanischen Laser Interferometer Gravity-Wave Observatory (LIGO) und dem europäischen Virgo-Detektor – wurden die Gravitationswellensignale, die durch die Koaleszenz von zwei Schwarzen Löchern und einem kollidierenden Paar von Neutronensternen emittiert wurden, erkannt. Dieses Ergebnis ist ein Grundstein der Physik und eröffnet eine neue Ära: die Gravitationswellenastronomie. GRAWITON war ein visionäres Erstausbildungsnetzwerk, das von der EU finanziert wurde. Es erkannte zum ersten Mal die Notwendigkeit, junge Forscher auszubilden, damit sie zukünftige Entwicklungen in diesem aufregenden neuen Bereich leiten können. Dreizehn Nachwuchsforscher erhielten drei Jahre lang eine Ausbildung, und ein guter Teil von ihnen unterzeichnete die Detektionspapiere, die ihren Beiträgen zu den Entdeckungen zugrunde liegen. Ein kosmischer Erfolg Das Studium der Gravitationswellen ist ein Feld, das kürzlich dank der LIGO- und Virgo-Detektoren, die Wissenschaftlern neue Einblicke in den Kosmos ermöglichen, eindrucksvoll erweitert wurde. „Die Entdeckung von Gravitationswellen, die durch die Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern mit Massen, die das 29- und 36-Fache der Masse der Sonne ausmachen, verursacht wurde, markiert den Beginn der experimentellen Physik mit Gravitationswellen und der Astrophysik von Schwarzen Löchern mit stellarer Masse“, sagte Projektkoordinator Michele Punturo. Zwei Jahre später detektierten die Virgo- und LIGO- Interferometer die Gravitationswelle, die durch die Koaleszenz von zwei Neutronensternen emittiert wurde. Sie zeigten, dass die Quelle im Himmel liegt und erlaubten den Astronomen die Beobachtung, die bei dieser spektakulären Kollision emittiert wurde. Die Beobachtungen haben den Wissenschaftlern die beispiellose Gelegenheit gegeben, ein jahrzehntelanges Rätsel zu lösen, in dem die Hälfte aller Elemente, die schwerer als Eisen sind, produziert und die Ursachen von Gammastrahlenausbrüchen identifiziert werden. „Mit dieser Entdeckung entsteht das, was man „Multi-Messenger“-Astronomie, -Kosmologie und -Astrophysik nennt“, sagte Punturo. „Zum ersten Mal wird ein astronomisches Ereignis sowohl in Gravitationswellen als auch in elektromagnetischen Wellen betrachtet – unsere kosmischen Boten.“ Die Ergebnisse dieser spannenden Entdeckungen werden von Forschern mitunterzeichnet, deren Promotionen von GRAWITON gefördert wurden. Forscher aus Frankreich, Deutschland und Italien trugen zur Datenanalyse und technologischen Entwicklung bei, die für die Durchbrüche notwendig waren. Insbesondere hatten sie die Möglichkeit, sich mit komplexen optischen Vorrichtungen, Hochleistungs- und rauscharmen Lasern, hochreflektierenden Beschichtungen sowie Simulations- und Modellierungsarbeiten zu beschäftigen. „Gravitationswellen-Interferometer sind die empfindlichsten Detektoren der Welt, die in der Lage sind, den flüchtigen Durchgang einer Gravitationswelle zu erfassen. Die Welle erzeugt Längenänderungen zwischen den beiden orthogonalen Armen von Virgo oder LIGO in der Größenordnung von 10-19 m, zehntausendmal kleiner als der Radius eines Protons“, erklärt Punturo. Bei den Datenanalyseverfahren leisteten die GRAWITON-Forscher Pionierarbeit, um das Signal aus dem Hintergrundrauschen zu extrahieren. GRAWITON trug erfolgreich zur Gravitationswellenforschung bei. Wissenschaftler sind nun in der Lage, die kosmischen Ereignisse zu „sehen“ und „zu hören“, um sie besser zu verstehen. Damit erhalten sie die Gelegenheit, die Funktionsweise des Universums besser zu verstehen.
Schlüsselbegriffe
GRAWITON, Gravitationswellen, Schwarze Löcher, LIGO, Virgo, Neutronensterne, Allgemeine Relativitätstheorie, Multi-Messenger-Astronomie