Den Boden für einen Weltraumdetektor bereiten

Expert*innentreffen am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

Anfang 2024 genehmigte die Europäische Weltraumorganisation mit LISA das erste Gravitationswellen-Observatorium im All. LISAs Start ist für 2034 geplant. Stärke, Anzahl und Art der Signale, die LISA beobachten wird, werden sich deutlich von denen unterscheiden, die bodengestützte Detektoren messen können. Dadurch erschließt sich ein völlig neuer Bereich des Gravitationswellen-Spektrums. Dies stellt die Wissenschaftler*innen vor zahlreiche Herausforderungen, denn sie müssen nun die theoretischen und datenanalytischen Instrumente entwickeln, um LISAs Potenzial voll ausschöpfen zu können. Beim Workshop „Fundamental Physics Meets Waveforms with LISA“ am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) im Potsdam Science Park werden vom 2. bis 6. September 2024 etwa 140 Forschende diese Methoden diskutieren.

LISA wird Gravitationswellen in dem noch unerforschten Bereich zwischen 0,1 mHz und 0,1 Hz nachweisen. In diesem Teil des Spektrums, der sich von der Erde aus nicht beobachten lässt, gibt es im Universum viele starke Quellen von Gravitationswellen: Doppelsysteme massereicher Schwarzer Löcher, kleine Schwarze Löcher, die um massereichere Schwarze Löcher kreisen und in diese hineinstürzen, sowie enge Doppelsternsysteme in unserer Milchstraße. LISA wird in der Lage sein, Doppelsysteme von Schwarzen Löchern mit Sternenmassen viele Jahre vor deren Verschmelzung zu entdecken. Ein Gravitationswellen-Hintergrund und möglicherweise völlig neue und unerwartete Quellen stehen ebenfalls auf der Liste möglicher künftiger Entdeckungen.

Neue Quellen erfordern neue Werkzeuge

Um LISAs Möglichkeiten voll auszuschöpfen, sind genaue und effiziente Vorhersagen der erwarteten Wellenformen für die neuen Quellen unerlässlich. Darüber hinaus werden für die effiziente und genaue Parameterbestimmung in den LISA-Daten neue Berechnungsmethoden und maschinelle Lernverfahren benötigt.

Der Workshop bringt nun die „Fundamental Physics“- und „Waveform“- Arbeitsgruppen des LISA-Konsortiums zusammen, um:

• die theoretischen Entwicklungen und Werkzeuge der Datenanalyse zu diskutieren, die notwendig sind, um mit LISA die Allgemeine Relativitätstheorie im Bereich starker Gravitationsfelder zu testen und um Schwarze Löcher zu untersuchen,
• wichtige Entwicklungen von Wellenformen für verschiedene Quellen von Gravitationswellen zu identifizieren, die für die Validierung der LISA-Daten und die wissenschaftliche Nutzung erforderlich sind.

Der Workshop wird von der Abteilung „Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie“ am AEI in Potsdam ausgerichtet, die eine Schlüsselrolle bei der Vorbereitung der wissenschaftlichen Nutzung von LISA spielt.