Ohren in aller Welt

Übersicht über die Gravitationswellendetektoren, die sich zur Zeit in Betrieb oder im Aufbau befinden

Ein Artikel von Carsten Aulbert, Badri Krishnan

Weltweit lauschen Forschungsgruppen nach Gravitationswellen und verbessern kontinuierlich ihre Detektortechnik oder planen neue Projekte.

Die nachfolgende Weltkarte zeigt die Standorte wichtiger Detektorprojekte:

Standorte moderner Gravitationswellendetektoren auf einer Weltkarte, zwei Detektoren befinden sich in Nordamerika, zwei in Europa, einer in Indien und einer in Japan

Interferometrische Detektoren

Die aufwändigsten modernen Projekte auf der Suche nach den Gravitationswellen sind die interferometrischen Detektoren, die seit den 1980er Jahren entwickelt wurden und deren Technologie immer weiter verbessert und verfeinert wird. Nach langen Jahren der Planung und des Baus existieren bislang folgende Projekte:

GEO600 hat eine Armlänge von 600 Metern und ist in der Nähe von Ruthe (Sarstedt) südlich von Hannover gebaut worden. Er wird vom Teilinstitut Hannover des Albert-Einstein-Instituts betreut. Die GEO-Kollaboration hat 250 Mitglieder und ist Teil der LIGO Scientific Collaboration.

LIGO, eine Abkürzung für Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium) ist die Kollaboration mit den bislang größten Interferometern, die in den USA aufgebaut sind: „Advanced LIGO“ besteht aus zwei Detektoren mit vier Kilometern Armlänge in Hanford im Bundesstaat Washington und in Livingston, Louisiana. Ein dritter Detektor des LIGO-Netzwerks wird zurzeit in Indien gebaut.

Virgo ist ein weiterer europäischer Detektor mit drei Kilometern Armlänge in der Nähe von Pisa, Italien. Der ursprüngliche Detektor, Virgo, wurde zum zehn Mal empfindlicheren Instrument Advanced Virgo umgebaut, das seit 2017 in Betrieb ist.

KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector) ist ein unterirdischer Gravitationswellendetektor mit drei Kilometer langen Armen in der Kamioka-Mine in Japan. Er arbeitet mit Kyrotechnik, das heißt, seine Spiegel werden auf 20 Kelvin herab gekühlt, um thermisches Rauschen zu reduzieren. Der Detektor ist seit 2020 in Betrieb.

Geplante Projekte

LISA (Laser Interferometer Space Antenna) ist ein Projekt der europäischen Weltraumbehörde ESA und der NASA zum Bau eines Gravitationswellendetektors im Weltraum. Im Jahr 2034 sollen drei Satelliten starten, die später ein Dreieck von 2,5 Mio. Kilometer Kantenlänge bilden – ein gigantisches Interferometer, das nach Gravitationswellen suchen soll.

Cosmic Explorer ist ein geplanter interferometrischer Gravitationswellendetektor der 3. Generation, der in den Vereinigten Staaten gebaut werden soll. Der Entwurf sieht eine L-förmige Geometrie vor, wobei jeder Arm bis zu 40 Kilometer lang sein soll, um eine höhere Empfindlichkeit zu erreichen als jemals zuvor.

Das Einstein-Teleskop, ein weitere Gravitationswellendetektor der 3. Generation, soll unterirdisch in Europa gebaut werden mit 10 Kilometer Armlänge. Wie bei KAGRA hat die unterirdische Bauweise zum Ziel, den Einfluss von seismischem und Newton-Rauschen zu verringern.

NEMO (Neutron Star Extreme Matter Observatory) ist ein australisches Projekt. Bislang wurde das Design für einen Gravitationswellen-Interferometer vorgeschlagen, das speziell für die Detektion der Verschmelzung von Neutronensternen ausgelegt ist.

Ehemalige Projekte

Die ersten Gravitationswellendetektoren waren sogenannte Resonanzdetektoren. Darin sollten die Graviationswellen einen Metallkörper zu Schwingungen anregen, und diese Schwingungen sollten verstärkt und ausgelesen werden. Solche Antennen standen in Rom (NAUTILUS) und Padua (AURIGA), Italien, in Genf (EXPLORER), Schweiz, in den USA (ALLEGRO) und in Perth (NIOBE), Australien. Die Resonanzdetektor-Experimente haben sich bisher als nicht erfolgreich bei der Suche nach Gravitationswellen herausgestellt. Resonanzdetektoren der dritten Generation hingegen nutzen eine kugelförmige Testmasse und sind weiterhin in Leiden (MiniGRAIL), Niederlande, und in Sao Paulo (Mario Schenberg), Brasilien, in Betrieb.

Weitere Informationen

Die relativistischen Grundkonzepte, die diesem Vertiefungsthema zugrundeliegen, werden in Einstein für Einsteiger erklärt, insbesondere im Kapitel Gravitationswellen.

Verwandte Vertiefungsthemen auf einstein-online finden sich in der Kategorie Gravitationswellen.

Mehr über Gravitationswellendetektoren (auf dem Niveau der gymnasialen Oberstufe) bietet das Informationsblatt der Max-Planck-Gesellschaft

TECHMAX „Der Kosmos bebt – wie Forscher nach Gravitationswellen lauschen“

Dieser Artikel aus dem Jahre 2010 wurde im November 2020 durch die Redaktion aktualisiert mit Beiträgen von Harald Lück, Albert-Einstein-Institut/Leibniz Universität Hannover.

Kolophon
Carsten Aulbert

ist Wissenschaftler am  Albert-Einstein-Instituts in Hannover. Während seiner Zeit als Doktorand im Albert-Einstein-Institut in Potsdam, wo er nach Gravitations- und Radiowellen von schnell rotierenden Neutronensternen suchte, war er Koautor des Vertiefungsthemas Ohren in aller Welt.

Badri Krishnan

ist Forschungsgruppenleiter in der Abteilung Beobachtungsbasierte Relativität und Kosmologie am Albert-Einstein-Instituts in Hannover, wo er an der Datenauswertung der Gravitationswellendetektors GEO 600 und LIGO und an Fragen zur Physik Schwarzer Löcher arbeitet. Er ist Koautor des Vertiefungsthemas Ohren in aller Welt.

Zitierung

Zu zitieren als:
Carsten Aulbert, Badri Krishnan, “Ohren in aller Welt” in: Einstein Online Band 12 (2020), 12-1103