Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff
Henze / NASA
Die kürzlich erfolgte Entdeckung von Gravitationswellen (GW) durch die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher von je ungefähr dreißig Sonnenmassen mit der erdgebundenen Anlage LIGO hat neuen Schwung in die Entwicklung von noch empfindlicheren Messtechniken gebracht. Erdbasierte GW-Detektoren haben weit voneinander entfernt aufgestellte Sensoren, die Änderungen der Sensorabstände im submikroskopischen Bereich messen können – besser als eins zu einer Milliarde Billiarde. Allerdings werden die Sensoren durch Störungen beeinträchtigt, die von winzigen Hintergrundbeben verursacht werden – Schwingungen natürlicher oder von Menschen gemachter Quellen, die durch die präzis eingestellten Detektoren laufen. Die Schwingungen, die am schwierigsten auszugleichenden sind, ändern sich relativ langsam und schwingen ein Mal pro Sekunde oder weniger, und dabei sagen Astronomen voraus, daß gerade GW-Quellen, die solch langsame Änderungen erzeugen, interessant sowie häufig sein sollten; sie reichen von kompakten Doppelsternsystemen mit stellarer Masse bis zu gravitativen Ereignissen im frühen Universum.
Das Center for Astrophysics ist seit langer Zeit für seine Laborarbeiten bekannt, die einige der besten Präzisionsmeßgeräte der Welt hervorbracht haben. Insbesondere sind ihre Wasserstoff-Maser-Uhren zu nennen, die sowohl von der NASA zur Verfolgung ihrer Satelliten als auch von Radioastronomen auf der ganzen Welt eingesetzt werden, um genaue Messungen kosmischer Erscheinungen mit Hilfe der Very Long Baseline Interferometry durchzuführen. Die Maser-Arbeitsgruppe am CfA hat nicht aufgehört, zukunftsweisende Uhrentechnologie über die Jahre weiterzuentwickeln und diese in neue Werkzeuge zu verwandeln, den Himmel zu untersuchen; dazu zählen neuerdings sogenannte „Laserkämme“ für die ultrapräzise Messung von stellaren Geschwindigkeitsverschiebungen, die durch extrasolare Planeten verursacht werden.
Die CfA-Wissenschaftler Igor Pokovski, Nick Langellier und Ron Walsworth haben gemeinsam mit zwei Kollegen ein neues GW-Detektorkonzept veröffentlicht, um im Besonderen die niederfrequenten GW zu untersuchen. Ihre Technik mißt gerade nicht den Abstand der Sensoren, vielmehr deren winzige Bewegungen, ausgelöst durch den Dopplereffekt, wenn eine Gravitationswelle durch die Meßeinrichtung läuft. Die Neuentwicklung nutzt einen fein gesteuerten Laser und genaue Atomuhren, die auf zwei Satelliten untergebracht sind (im Unterschied zu anderen für den Weltraum entwickelten GW-Konzepten, die drei Satelliten benötigen, sind es hier nur zwei). Die Technologie zur Nutzung dieses Potentials erfordert nur die Verwirklichung realistischer Fortschritte und liefert eine entscheidende Erweiterung zu heutigen GW-Systemen.
Literatur:
„Gravitational Wave Detection with Optical Lattice Atomic Clocks“
S. Kolkowitz, I. Pikovski, N. Langellier, M. D. Lukin, R. L. Walsworth, and J. Ye
PHYSICAL REVIEW D 94, 124043 (2016)
