Im Februar 2016 haben Wissenschaftler des Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatoriums (LIGO) Geschichte geschrieben, indem sie die erste Detektion von Gravitationswellen (GWs) angekündigt haben. Diese Wellen in der Struktur des Universums, die durch Fusionen von Schwarzen Löchern oder Kollisionen von Weißen Zwergen verursacht werden, wurden erstmals vor etwa einem Jahrhundert von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt.
Vor etwa einem Jahr wurden die beiden Einrichtungen von LIGO offline geschaltet, damit die Detektoren einer Reihe von Hardware-Upgrades unterzogen werden konnten. Nachdem diese Upgrades nun abgeschlossen sind, hat LIGO kürzlich angekündigt, dass das Observatorium am 1. April wieder online gehen wird. Zu diesem Zeitpunkt erwarten die Wissenschaftler, dass aufgrund der erhöhten Empfindlichkeit „fast täglich“ Erkennungen stattfinden können.
Bisher wurden im Verlauf von etwa dreieinhalb Jahren insgesamt 11 Gravitationswellenereignisse festgestellt. Zehn davon waren das Ergebnis von Fusionen von Schwarzen Löchern, während das verbleibende Signal durch ein Paar kollidierender Neutronensterne verursacht wurde (ein Kilonova-Ereignis). Durch das Studium dieser und ähnlicher Ereignisse haben Wissenschaftler effektiv eine neue Ära der Astronomie eingeleitet.
Nach Abschluss der LIGO-Upgrades hoffen die Wissenschaftler, die Anzahl der im kommenden Jahr festgestellten Ereignisse zu verdoppeln. Gabriela González, Professorin für Physik und Astronomie an der Louisiana State University, die jahrelang auf der Suche nach GWs war, sagte:
„Galileo hat das Teleskop erfunden oder das Teleskop vor 400 Jahren zum ersten Mal für die Astronomie verwendet. Und heute bauen wir noch bessere Teleskope. Ich denke, dieses Jahrzehnt war der Beginn der Gravitationswellenastronomie. Das wird also weiter Fortschritte machen, mit besseren Detektoren, mit verschiedenen Detektoren, mit mehr Detektoren. “
Die beiden LIGO-Detektoren in Hanfrod, Washington, und Livingston, Louisiana, bestehen aus zwei Betonrohren, die an der Basis miteinander verbunden sind (eine riesige L-Form bilden) und sich etwa 3,2 km senkrecht zueinander erstrecken. Innerhalb der Pipelines werden zwei leistungsstarke Laserstrahlen, die von einer Reihe von Spiegeln reflektiert werden, verwendet, um die Länge jedes Arms mit äußerster Präzision zu messen.
Wenn Gravitationswellen durch die Detektoren laufen, verzerren sie den Raum und bewirken, dass sich die Länge um kleinste Entfernungen ändert (d. H. Auf subatomarer Ebene). Laut Joseph Giaime, dem Leiter des LIGO-Observatoriums in Livingston, Louisiana, umfassen die jüngsten Verbesserungen Optiken, die die Laserleistung steigern und das „Rauschen“ bei ihren Messungen reduzieren.
Für den Rest des Jahres wird die Erforschung der Gravitationswellen auch durch die Tatsache unterstützt, dass ein dritter Detektor (das Virgo Interferometer in Italien) ebenfalls Beobachtungen durchführen wird. Während des letzten Beobachtungslaufs von LIGO, der von November 2016 bis August 2017 dauerte, war Virgo nur einsatzbereit und konnte bis zum Ende Unterstützung anbieten.
Darüber hinaus wird erwartet, dass das japanische KAGRA-Observatorium in naher Zukunft online geht, was ein noch robusteres Erkennungsnetzwerk ermöglicht. Letztendlich ermöglicht die Tatsache, dass mehrere Observatorien durch große Entfernungen auf der ganzen Welt voneinander getrennt sind, nicht nur ein höheres Maß an Bestätigung, sondern hilft auch dabei, die möglichen Standorte von GW-Quellen einzugrenzen.
Für den nächsten Beobachtungslauf werden GW-Astronomen auch von einem öffentlichen Alarmsystem profitieren, das zu einem festen Bestandteil der modernen Astronomie geworden ist. Wenn LIGO ein GW-Ereignis erkennt, sendet das Team einen Alarm aus, damit Observatorien auf der ganzen Welt ihre Teleskope auf die Quelle richten können - falls das Ereignis beobachtbare Phänomene hervorruft.
Dies war sicherlich der Fall bei der Kilnova-Veranstaltung, die 2017 stattfand (auch bekannt als GW170817). Nachdem die beiden Neutronensterne, die die GWs erzeugten, kollidierten, entstand ein helles Nachleuchten, das mit der Zeit tatsächlich heller wurde. Die Kollision führte auch zur Freisetzung superschneller Materialstrahlen und zur Bildung eines Schwarzen Lochs.
Laut Nergis Mavalvala, einem Gravitationswellenforscher am MIT, waren beobachtbare Phänomene, die mit GW-Ereignissen zusammenhängen, bislang eine seltene Behandlung. Darüber hinaus besteht immer die Möglichkeit, dass etwas völlig Unerwartetes entdeckt wird, das die Wissenschaftler verblüfft und verblüfft:
"Wir haben nur diese Handvoll schwarzer Löcher von allen möglichen gesehen, die es gibt. Es gibt viele, viele Fragen, die wir immer noch nicht beantworten können. So geschieht die Entdeckung. Sie schalten ein neues Instrument ein, Sie weisen es in den Himmel und Sie sehen etwas, von dem Sie keine Ahnung hatten, dass es existiert. “
Die Gravitationswellenforschung ist nur eine von mehreren Revolutionen, die heutzutage in der Astronomie stattfinden. Und ähnlich wie in den anderen Forschungsbereichen (wie Exoplanetenstudien und Beobachtungen des frühen Universums) wird es in den kommenden Jahren von der Einführung verbesserter Instrumente und Methoden profitieren.
