Gravitationswellenastronomie: LIGO- und Virgo-Detektoren laufen wieder planmäßig

Die Arbeit mit den LIGO- und Virgo-Detektoren läuft erneut an. Seit dem 10. April zeichnen die Geräte wieder Gravitationswellen auf. Die Forscher wollen bis Anfang 2025 bis zu 200 Gravitationswellen-Ereignisse erfassen.

Gravitationswellen
Ein künstlerischer Eindruck von Gravitationswellen, die von binären Neutronensternen erzeugt werden. Bild: NASA/R. Hurt/Caltech-JPL
Lisa Seyde
Lisa Seyde Meteored Deutschland 4 min

Wie die LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration (LVK) diese Woche bekanntgab, haben die LIGO- und Virgo-Detektoren am 10. April die Arbeit an ihrem vierten Beobachtungslauf wieder aufgenommen. Die Detektoren für Gravitationswellen wurden neu gestartet und sollen bis zum Ende des derzeitigen Beobachtungslaufs im Jahr 2025 Gravitationswellen aufzeichnen.

Gravitationswellen (Schwerkraftwellen) sind Wellen in der Raumzeit, die durch die Beschleunigung von Masse verursacht werden. Wenn sie sich durch einen Raum bewegen, werden die Abstände innerhalb dieses Raums durch Dehnung und Streckung verändert – und der Raum dadurch verformt. Im Jahr 2017 ging der Nobelpreis für Physik an Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne für die Beobachtung von Gravitationswellen und die Weiterentwicklung des LIGO-Detektors.

Die LIGO-Detektoren waren zwischen den Beobachtungsläufen O4a und O4b planmäßig für Upgrades und Wartungsarbeiten am 16. Januar 2024 in Pause gegangen. Der europäische Virgo-Detektor in Italien nimmt ebenfalls am nächsten Beobachtungslauf teil, zusammen mit den zwei LIGO-Interferometern in Hanford und Livingston in den USA. Der japanische KAGRA-Detektor erholt sich derzeit noch von den Schäden, die beim Noto-Erdbeben am 1. Januar 2024 entstanden sind und wird erst in einigen Monaten zugeschaltet.

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Die Forscher hoffen, bis Anfang 2025 mehr als 200 Gravitationswellenereignisse zu sammeln und dabei neue Multi-Messenger-Ereignisse zu entdecken. Bei solchen Ereignissen lassen sich sowohl Gravitationswellen als auch elektromagnetische Wellen beobachten, die andere Observatorien weiter untersuchen können.

Die Gravitationswellenastronomie ist zu einer Schlüsselmethode für die Beobachtung unseres Universums geworden. Mit den Daten dieses Beobachtungslaufs werden wir dazu beitragen, unseren Horizont und unser Wissen über die dunkelsten Teile des Universums deutlich zu erweitern. – Patrick Brady, Sprecher der LIGO Scientific Collaboration.

In der Gravitationswellenastronomie werden Beobachtungen von Gravitationswellen verwendet, um Erkenntnisse über deren Quellen abzuleiten. Dazu gehören Doppelsternsysteme aus Weißen Zwergen, Neutronensternen und Schwarzen Löchern, Supernovae und das frühe Universum.

Infogragik GW230529
Infografik: Getting to know GW230529. Diese Infografik fasst die wichtigsten Informationen über die Gravitationswelle vom 29. Mai 2023 (GW230529) zusammen. Bild: S. Galaudage/Observatoire de la Côte d'Azur

Der erste Nachweis von Gravitationswellen gelang den beiden Advanced-LIGO-Detektoren in den USA am 14. September 2015. Das Signal aus dem Weltraum entstammte einem rund 1,3 Milliarden Lichtjahre von uns entfernten Doppelsystem, in dem sich zwei Schwarze Löcher auf immer enger werdenden Umlaufbahnen umkreisten und miteinander kollidierten. Dabei wurden starke Gravitationswellen freigesetzt, die auch von den LIGO-Detektoren auf der Erde wahrgenommen wurden.

Seitdem wurden von der Partnerschaft vier Beobachtungsläufe gestartet – ein fünfter ist für den Zeitraum 2027–2030 geplant –, nach denen die Detektoren ständig weiterentwickelt wurden. Im aktuellen Beobachtungsintervall decken die LIGO-Detektoren Entfernungen bis zu 160 Megaparsec (Mpc), Virgo 40 bis 80 Mpc und KAGRA circa 10 Mpc ab.

Spektrum der Gravitationswellen
Spektrum der Gravitationswellen. Bild: Wikimedia Commons

Das Spektrum der Gravitationswellen reicht von 10^–18 Hertz bis 10^4 Hertz, also von extremen niedrigen Frequenzen mit 10^–18 Hertz bis 10^–14 Hertz, mit denen kosmische Hintergrundstrahlung erfasst wird, bis hin zu Frequenzen von 10^4 Hertz, bei denen Supernovae beobachtet werden können.

Einige der bedeutendsten astrophysikalischen Beobachtungen der LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration werden bereits in den kommenden Monaten bekannt gegeben. Durch die inzwischen erhöhte Empfindlichkeit der Detektoren können Wissenschaftler noch besser auf die Population toter Sterne im lokalen Universum schließen und Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie testen.