Die Suche nach Gravitationswellen wird nach den Rückschlägen von COVID-19 wieder aufgenommen

Neuauflage von Plato

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Der Gravitationswellendetektor Virgo in Italien — Wieder einsatzbereit: der Virgo-Gravitationswellendetektor in Italien (mit freundlicher Genehmigung von The Virgo Collaboration/CCO 1.0)

Die LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration hat dies bekannt gegeben die Suche nach Gravitationswellen wird fortgesetzt im Mai. Der nächste Beobachtungslauf – der vierte des Projekts – sollte im vergangenen Jahr beginnen, wurde jedoch aufgrund einer Reihe von technischen Verzögerungen aufgrund der COVID-19-Pandemie verschoben. Der Lauf wird der bisher längste sein und 18 Monate dauern.

Gravitationswellendetektoren sind L-förmige Interferometer mit mehreren Kilometer langen Armen. Laserstrahlen werden durch jeden Arm geschickt und prallen dann von Spiegeln ab, die als Testmassen bezeichnet werden. Die Strahlen werden dann in der Mitte des Interferometers rekombiniert, wodurch ein Interferenzmuster entsteht, das sich bei perfekter Ausrichtung aufhebt. Die Instrumente reagieren daher empfindlich auf kleinste Längenänderungen, die durch vorbeiziehende Gravitationswellen verursacht werden.

LIGO war ein großer Erfolg, seine erste Gravitationswelle entdeckt im Jahr 2016 aus einer Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher. Seitdem wurden in drei Beobachtungsläufen weitere 92 Nachweise gemacht. Der Beobachtungslauf 3 sollte 12 Monate bis Ende April 2020 dauern, endete jedoch am 27. März 2020, als die Pandemie begann.

Die LIGO- und Virgo-Detektoren wurden dann einer Reihe von Empfindlichkeitsverbesserungen unterzogen, darunter Möglichkeiten zur Unterdrückung des „Quantenrauschens“ im Detektor. „[Dies] begrenzt die Empfindlichkeit der Gravitationswellendetektoren sowohl bei niedriger Frequenz in Form von Strahlungsdruckrauschen als auch bei hoher Frequenz in Form von Photonenzählrauschen“, sagt sie Alessandro Bertolini vom Nikhef-Institut in Amsterdam, das an der Detektorentwicklung arbeitet.

Die Upgrades sollen die Empfindlichkeit der Detektoren verdoppeln Verschmelzung von NeutronensternenS. Während im vorherigen Beobachtungsdurchgang Gravitationswellen fast wöchentlich nachgewiesen wurden, sollten solche Ereignisse nun jeden Tag erfasst werden.

Drei ist eine Menschenmenge

Neben Virgo und LIGO wird auch Japans KAGRA-Detektor am bevorstehenden Lauf teilnehmen. KAGRA, das sich unter einem Berg in Zentraljapan befindet, wurde 2019 in Betrieb genommen und schloss sich dem vorherigen Lauf im Februar 2020 an, bevor er aufgrund der Pandemie abgebrochen wurde.

Während KAGRA derzeit bei der Erkennung von Gravitationswellen schlechter ist als Virgo und LIGO, wird sich seine Empfindlichkeit dank Detektor-Upgrades bald ebenfalls verbessern. KAGRA wird im kommenden Lauf einen Monat lang in Betrieb sein, bevor es wegen Verbesserungen abgeschaltet wird. Es besteht die Hoffnung, dass KAGRA nächstes Jahr für mindestens drei Monate wieder an den Beobachtungen teilnehmen wird.

Rainer Weiss: 50 Jahre LIGO und Gravitationswellen

„Wir hoffen, unsere erste Entdeckung bis zum Ende des kommenden Laufs realisieren zu können“, sagte KAGRA-Sprecher Jun'ichi Yokoyama von der Universität Tokio erzählt Physik-Welt. „Wie viel unsere Beteiligung zum Wissenschaftsgewinn des gesamten Netzwerks beitragen wird, hängt entscheidend von der Sensibilität ab, die wir am Ende des Laufs erreichen werden, was an dieser Stelle schwer zu beantworten ist.“

Nach dem vierten Durchlauf werden die LIGO- und Virgo-Detektoren voraussichtlich weiteren Verbesserungen unterzogen, insbesondere hinsichtlich der Beschichtungen der Spiegel. „Die neuen Beschichtungen befinden sich derzeit noch in der Entwicklungsphase“, sagt Bertolini. „[Der bevorstehende] Lauf wird es ermöglichen, den wissenschaftlichen Output zu steigern, während das Beschichtungsdesign finalisiert wird und die neuen Testmassen für den folgenden Lauf vorbereitet werden.“ Die neue Beschichtung soll für den fünften Beobachtungslauf bereit sein, der 2026 beginnt.