"Gravitationswellen-Astronomie – quo vadis?": Michèle Heurs über Forschung am Rand des physikalisch Möglichen

"Gravitationswellenastronomie – quo vadis?" Auf diese Frage hat Michèle Heurs im Audimax der Technische Universität Dresden vor etwa 600 Menschen spannende Antworten gegeben.

Sie hat dafür auch Herausforderungen formuliert. "Wir müssen besser und präziser messen können – mindestens einen Faktor 10 besser, als wir es heute können", sagt die Mitinitiatorin des DZA, Quantenoptikerin und gemeinsam von der Leibniz-Universität Hannover und dem DZA berufene Professorin und Leitende Wissenschaftlerin am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY.

Messgenauigkeiten vom Millionstel eines Atomkerndurchmessers

Aber was bedeutet dieser Faktor 10? Es geht um Messgenauigkeiten, die Millionstel Bruchteile eines Atomkerndurchmessers beschreiben. Solche Messgenauigkeiten können neue Generationen von Gravitationswellendetektoren erzielen. Das geht, indem Laser, nichtklassische Lichtquellen und Spiegel für neuartige Teleskopgenerationen einen Hightech-Schub erfahren. 

Gravitationswellen werden mit einem Michelson-Interferometer detektiert. Das ist ein Instrument, bei dem ein Laserstrahl durch einen halbdurchlässigen Spiegel – genannt Strahlteiler – geschickt und dadurch aufgeteilt wird. Ein Teil des Laserstrahls geht durch ihn hindurch, der andere wird nahezu rechtwinklig reflektiert. Beide nun geteilten Laserstrahlen treffen auf hochreflektierende Spiegeloberflächen. Von dort werden sie wiederum reflektiert und bewegen sich zurück in Richtung Strahlteiler. Licht kann als elektromagnetische Welle betrachtet werden. Dadurch ist es möglich, durch den Abstand der Spiegel zum Strahlteiler die eine zur anderen Welle so zu verschieben, dass sich die zurückreflektierten Laserstrahlen am Strahlteiler auslöschen – indem sich Wellental und Wellenberg genau überlagern. Trifft eine Gravitationswelle auf dieses Instrument, staucht und streckt sie die Raumzeit und verursacht so ein messbares Signal. Das entsteht, weil sich genau dann beide Lichtwellen nicht mehr auslöschen. 

Jetzt kommt’s. Die verwendeten Hochleistungslaser sind zwar ultrastabil, aber die Spiegel werden durch kleinste Variationen des Laserlichts zum Schwingen angeregt. Das ist eine Konsequenz der Quantenmechanik und lässt hochpräzise Messungen unmöglich werden. Gequetschtes Licht hilft, aber schwerere Spiegel auch. Hier setzt das DZA an. Wir forschen derzeit an einem der massereichsten, glattesten und präzisesten Spiegel aus einem Silizium-Einkristall, der je gebaut wurde. Das kann eine neue Komponente für künftige Interferometer auf der Welt werden. Dazu gehören das in Europa unter Tage geplante Einsteinteleskop oder der in den USA angedachte Cosmic Explorer. Diese beiden Observatorien werden durch das von European Space Agency - ESA und NASA in Umsetzung befindliche Laser Interferometer Space Antenna LISA im All ergänzt werden. 

Mehr dazu

Gravitationswellen-Forschung am DZA

Gravitationswellen eröffnen der Astronomie einen völlig neuen Blick auf das Universum - darüber spricht u. a. Günther Hasinger, wissenschaftlicher Geschäftsführer des DZA, in der neuen Folge des „Raumzeit“-Podcasts.