Nach einer fünfjährigen Verbesserung wurde der leistungsstärkste Detektor für Gravitationswellen wieder in Betrieb genommen - die Detektion der kleinsten Oszillationen in der Raumzeit.
Das laserinterferometrische Observatorium, das Gravitationswellen (LIGO) untersucht, besteht aus zwei getrennten Objekten, die sich in den Städten Washington und Louisiana befinden. Ihr Zweck ist es, den Durchgang von Gravitationswellen in der Raumzeit um uns herum zu erfassen. Gravitationswellen entstehen während der Beschleunigung und Verlangsamung der Bewegung von Weltraumobjekten mit einer enormen Masse. Sie können, wie Wissenschaftler vorhersagen, extreme kosmische Ereignisse wie Kollisionen von Schwarzen Löchern und Supernova-Blitze erzeugen. Die Ausbreitung von Gravitationswellen im Weltraum, die die Energie dieser Ereignisse bewahren, ähnelt Wasserwellen, die entlang der Oberfläche eines Teichs verlaufen.
Das Auftauchen der Möglichkeit, solche Wellen zu erfassen, wird eine neue Ära in der Gravitationswellenastronomie einleiten. Die empfangenen Signale können verwendet werden, um die internen Prozesse einer Reihe der energiereichsten Ereignisse im Universum zu untersuchen.
Die erste Phase der LIGO-Beobachtungen fand zwischen 2002 und 2010 statt, aber während dieser 8 Jahre fand das Observatorium keine Signale, die die Existenz von Gravitationswellen bestätigten. Durch die Verbesserung der Interferometer wird der Pegel unerwünschter Geräusche verringert, die den Betrieb des Geräts beeinträchtigen. Auf diese Weise kann das aktualisierte Observatorium auf einen neuen, genaueren Suchmodus für diese schwer fassbaren Gravitationsschwingungen umschalten. Am Freitag begann der aktualisierte LIGO mit dreimal höherer Empfindlichkeit als sein Vorgänger. Nach Angaben der Mitarbeiter des Observatoriums können neue und verbesserte Detektoren Gravitationswellen aus einer Entfernung von 225 Millionen Lichtjahren erfassen. In Studien, die vor der Aufrüstung der Ausrüstung durchgeführt wurden, überschritt die von der Suche zurückgelegte Entfernung 65 Millionen Lichtjahre nicht. (Zum Vergleich: Der aktualisierte LIGO kann Gravitationswellen erfassen, die aus einem Raumgebiet stammen, das zehnmal weiter entfernt ist als die Andromeda-Galaxie, die unserer Milchstraße am nächsten liegt.) Diese Verbesserung der Empfindlichkeit ermöglicht es, ein 27-mal größeres Raumgebiet im Vergleich zu früheren Studien abzudecken.
Die Existenz von Gravitationswellen wird von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und indirekten Beobachtungen vorhergesagt, die Astrophysiker davon überzeugen, dass sie existieren und einen bestimmten Einfluss haben. Gleichzeitig ist es unmöglich, sie bei direkter Beobachtung im Weltraum zu fangen. Dies bedeutet, dass Gravitationswellenoszillationen schwächer sind als bisher angenommen und empfindlichere Geräte erforderlich sind, um sie zu erkennen (zum Beispiel ein verbessertes LIGO).
Obwohl die Suche bisher ziemlich kompliziert war, hoffen die führenden Wissenschaftler, die an diesem wichtigen Experiment beteiligt sind, diese Wellen in der Raumzeit zu entdecken.
Wie Kip Thorn, ein theoretischer Physiker am California Institute of Technology, der an der Spitze dieses Forschungsexperiments stand, in einem Interview mit BBC World Service feststellte, gibt es keinen Zweifel daran, dass Gravitationsoszillationen auftreten werden. Wenn selbst das aktualisierte Observatorium keine Anzeichen für ihre Existenz findet, wird es sehr überraschend sein. David Reiz, geschäftsführender Direktor des LIGO-Programms am California Institute of Technology, behauptet in seiner Pressemitteilung, dass seit mehr als 50 Jahren experimentelle Versuche zur Erkennung von Gravitationswellen durchgeführt werden, die jedoch noch nicht entdeckt wurden, da sie sehr selten sind und eine minimale Schwingungsamplitude aufweisen. .
Aber wie klein sind sie? Da Gravitationswellen den uns umgebenden Raum durchqueren, müssen kleine Schwingungen im Raum zwischen den Objekten detektiert werden, und moderne Laser des Systems können Schwingungen bestimmen, die ein Milliardstel der Breite eines Atoms ausmachen. Mit zunehmender Empfindlichkeit des Interferometers können jedoch möglicherweise unerwünschte Signale erkannt werden. Infolgedessen wurde das LIGO-Observatorium in Form von zwei entfernten Objekten errichtet, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Vereinigten Staaten befinden. Wenn eine Station ein schwaches Signal erkennt und die andere kein Signal, kann es sich um lokale Schwankungen handeln, die durch seismische Aktivitäten oder sich bewegende Fahrzeuge verursacht werden. Wenn von beiden Stationen ein Signal erkannt wird, kann davon ausgegangen werden, dass eine Gravitationswelle erkannt wurde.
Bei Verwendung einer neuen Technologie, die die Interferometerspiegel eines verbesserten Observatoriums stabilisiert, wurde das die Empfindlichkeit von LIGO beeinflussende Rauschen entfernt, wodurch der Detektor viel schwächere Signale erfassen kann. Dies könnte der Beginn einer neuen Ära der Astronomie sein, in der Gravitationswellen untersucht werden. Die Wissenschaftler hoffen, dass das Gerät aufgrund der Feinabstimmung Wellen aus einer Entfernung auffangen kann, die zehnmal größer ist als die vorherige, wodurch wir Echos der größten kosmischen Kollisionen erkennen können. Reitz fügte hinzu, dass die Fähigkeit des Observatoriums, zehnmal mehr zu sehen, dazu beitragen wird, eine große Anzahl von Doppel-Neutronensternen pro Jahr zu erkennen.
