Einstein-Teleskop
Das Einstein-Teleskop (ET) ist ein Designkonzept für einen europäischen Gravitationswellen-Detektor der dritten Generation, der rund 10-mal empfindlicher als die heutigen Instrumente sein wird.
Drei Detektorgenerationen
Das Konzept für das Einstein-Teleskop (ET) basiert wie die ersten beiden Generationen von Gravitationswellen-Detektoren auf der Messung winziger Längenänderungen in den Armen des Detektors. Deren relative Längenänderungen sind deutlich kleiner als der Durchmesser eines Atomkerns und werden durch Gravitationswellen hervorgerufen, die den Detektor durchlaufen. Laserstrahlen in den Armstrecken registrieren das periodische Dehnen und Stauchen anhand von Helligkeitsänderungen auf dem zentralen Photodetektor.
Die erste Generation dieser interferometrischen Detektoren (GEO600, LIGO, Virgo und TAMA) demonstrierte erfolgreich das Funktionsprinzip und lieferte obere Messgrenzen für die erwartete Gravitationswellen-Abstrahlung verschiedener Quellen. Die nächste Generation (Advanced LIGO und Advanced Virgo), die bis 2015 ausgebaut wurden, haben den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen erzielt und seitdem 90 Gravitationswellensignale nachgewiesen. Dennoch sind diese Detektoren nicht empfindlich genug für sehr genaue astronomische Untersuchungen der astrophysikalischen Quellen – neue Detektoren sind dafür erforderlich.
Ein „Multi-Detektor“
Ziel der Strategie des Einstein-Teleskops-Projekts ist der Bau eines Gravitationswellen-Observatoriums, das die Beschränkungen heutiger Detektoren überwindet, indem mehr als ein einzelner Detektor am gleichen Ort errichtet wird. ET wird aus drei ineinander verschachtelten Detektoren bestehen, von denen jeder aus zwei Interferometern mit 10 Kilometer langen Armen besteht. Eines dieser Interferometer wird Gravitationswellen niedriger Frequenz (2 bis 40 Hertz) messen, während das andere auf Gravitationswellen höherer Frequenz abgestimmt ist. Der Entwurf dieser Konfiguration ist leicht erweiterbar: Durch den Einbau weiterer Ausbaustufen oder den Ersatz bestimmter Komponenten lassen sich zukünftige Entwicklungen in der Detektortechnologie schnell am Instrument umsetzen und verschiedene wissenschaftliche Ziele können berücksichtigt werden.
Derzeit werden mögliche Detektorstandorte im Grenzbereich zwischen Belgien, Deutschland und den Niederlanden, auf Sardinien und in der Lausitz untersucht.
Die Rolle des Instituts beim Einstein-Teleskop
Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) mit Standorten in Potsdam und Hannover ist seit langem eine führende Institution in der Gravitationswellen-Forschung und Mit-Initiator des Einstein-Teleskops. Forschende am Institut haben leitende Funktionen innerhalb des Projekts und der Einstein Telescope Scientific Collaboration inne. Harald Lück ist der Stellvertretende Sprecher der Einstein Telescope Scientific Collaboration.
Schwerpunkte der Einstein-Teleskop-Forschung am Institut in Hannover:
- Die Entwicklung und Tests einer Laserquelle für den ETpathfinder in Maastricht und für das Einstein-Teleskop selbst, die Erzeugung von gequetschtem Licht und dessen Verwendung, sowie die aktive Unterdrückung seismischer Einflüsse auf die Spiegelaufhängungen von ET.
- Der 10-Meter-Interferometer-Prototyp in Hannover ist ein Prüfstand für neue Technologien, die in zukünftigen interferometrischen Gravitationswellen-Detektoren eingesetzt werden sollen.
- Das Projekt „Glass Technologies for the Einstein Telescope“ (GT4ET) mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik entwickelt miniaturisierte Optomechaniken für ET.
Schwerpunkte der Einstein-Teleskop-Forschung am Institut in Potsdam:
- Die theoretische Modellierung von Gravitationswellen-Quellen mit analytischen und numerischen Techniken, sowohl für Schwarze Löcher als auch für Neutronensterne.
- Hochentwickelte und effiziente Methoden zur Datenanalyse, um Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Population von Doppelsystemen, den unbekannten inneren Aufbau von Neutronensternen und das Wesen der Schwerkraft zu ziehen.
- Untersuchungen von Ereignissen, bei denen neben den Gravitationswellen-Beobachtungen auch Signale im elektromagnetischen Spektrum zu erwarten sind (Multimessenger-Astronomie).
Aktuelle Forschung am AEI Hannover für das Einstein-Teleskop
ET-Pathfinder-Laser
Am Institut werden stabilisierte Laserquellen für das Einstein-Teleskop entwickelt und getestet. Ebenso wird ein Lasersystem für den Einstein Telescope Pathfinder in Maastricht konstruiert.
Quetschlicht für die 3. Generation
Forschende des Institut untersuchen zudem Fragen bei der Erzeugung von gequetschtem Licht und der Verwendung dieser Technologie in Gravitationswellen-Detektoren der 3. Generation.
10-Meter-Prototyp
Der 10-Meter-Interferometer-Prototyp am Institut ist ein Prüfstand für neue Technologien, die in zukünftigen interferometrischen Gravitationswellen-Detektoren wie dem Einstein-Teleskop eingesetzt werden sollen.
Glass Technologies for the Einstein Telescope
Im Projekt „Glass Technologies for the Einstein Telescope“ (GT4ET) werden in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik miniaturisierte Optomechaniken für das Einstein-Teleskop entwickelt.
