Erkundung des Urknalls durch Gravitationswellen-Messung
Gravitationswellen wurden von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Im Jahr 1915 veröffentlichte Einstein seine Feldgleichungen, die beschreiben, wie sich die Gravitation aufgrund der Krümmung von Raum und Zeit ausbreitet. Diese Gleichungen implizierten die Existenz von Gravitationswellen.
Gravitationswellen sind Störungen in der gekrümmten Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Sie entstehen, wenn Massen beschleunigt werden, zum Beispiel bei der Kollision von Neutronensternen oder Schwarzen Löchern. Diese beschleunigten Massen erzeugen Wellen, die sich im Raum ausbreiten und die Raumzeit selbst periodisch ausdehnen und zusammenziehen.
LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ist ein Gravitationswellendetektor mit zwei Standorten in den USA: einem in Livingston, Louisiana, und einem in Hanford, Washington. Jeder LIGO-Detektor besteht aus zwei 4 Kilometer langen, rechtwinklig zueinander stehenden Armen, die von einem hochpräzisen Laserstrahl durchlaufen werden. Passiert eine Gravitationswelle die Detektoren, verursacht sie eine winzige Längenänderung der Arme, die mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden kann. Aus der Laufzeitdifferenz des Lichts zwischen den Armen können die Wissenschaftler die Gravitationswelle identifizieren und ihre Eigenschaften bestimmen.
Der Virgo-Detektor befindet sich in Cascina, Italien, in der Nähe von Pisa. Wie LIGO basiert auch Virgo auf dem Prinzip des Interferometers und besteht aus zwei drei Kilometer langen Armen, die im rechten Winkel zueinander stehen. Passiert eine Gravitationswelle den Virgo-Detektor, führt dies zu einer winzigen Längenänderung der Arme, die mit unvorstellbar hoher Präzision gemessen wird. Die Skala, auf der Längenänderungen gemessen werden können, liegt in der Größenordnung von 10-18 Meter – das entspricht einer Strecke von 0,000 000 000 000 000 001 Meter oder den unfassbaren Bruchteil eines Tausendstel des Durchmessers eines Protons. Da kann auch unser selbstgebautes Laser-Interformeter aus Lego nicht mehr mithalten 😉
Die Zusammenarbeit zwischen LIGO und Virgo ist entscheidend für die Identifizierung und genaue Lokalisierung von Gravitationswellenquellen. Durch die gleichzeitige Beobachtung derselben Ereignisse aus verschiedenen Richtungen können die Wissenschaftler die Quellen von Gravitationswellen besser lokalisieren und weitere Informationen über die beteiligten astrophysikalischen Objekte gewinnen.
