Die ESA hat den Bau des Weltraum-Gravitationswellen-Observatoriums LISA genehmigt

Europäische Weltraumorganisation und NASA gab grünes Licht für das Laser Interferometer Space Antenna (LISA)-Projekt – einen riesigen kosmischen Gravitationswellendetektor, der Pulsationen in der Raumzeit erkennen soll, die durch die Kollision riesiger Schwarzer Löcher in den Zentren von Galaxien mit anderen massiven Objekten verursacht werden.

Der Detektor wird aus drei Raumschiffen bestehen, die im Abstand von 2,5 Millionen Kilometern schweben und ein Dreieck aus Laserlicht bilden, das in der Lage sein wird, Verzerrungen im Weltraum zu erkennen, die durch heftige, das Universum erschütternde Kollisionen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern verursacht werden.

Das Interferometer funktioniert nach den gleichen Prinzipien wie das bestehende bodengestützte LIGO-Experiment (Laser Interfermetric Gravitational-Wave Observatory), das 2015 erstmals Gravitationswellen entdeckte. Aber die Skalierung von LISA auf das Millionenfache wird es ermöglichen, niederfrequente Gravitationswellen zu erkennen und kosmische Katastrophen aufzudecken, die derzeit außerhalb der Reichweite von LIGO liegen.

„Bodengestützte Instrumente können mithilfe von Laserstrahlen in Entfernungen von mehreren Kilometern Gravitationswellen erkennen, die von Ereignissen mit stellaren Objekten ausgehen – etwa Supernova-Explosionen oder Verschmelzungen von superdichten Sternen und Schwarzen Löchern mit Sternmasse.“ „Um die Grenzen der Schwerkraftforschung zu erweitern, müssen wir in den Weltraum vordringen“, sagte Nora Lützgendorf, leitende Wissenschaftlerin bei LISA. „Dank der enormen Distanz, die wir während des Fluges zurückgelegt haben, konnten wir die Grenzen der Schwerkraft verschieben.“ „Dank der enormen Distanz, die die Lasersignale von LISA zurücklegen, und der bemerkenswerten Stabilität ihrer Instrumente werden wir Gravitationswellen bei niedrigeren Frequenzen untersuchen, als dies auf der Erde möglich ist, und so Ereignisse in einem anderen Maßstab bis zum Anbruch der Zeit aufdecken.“

Gravitationswellen sind Stoßwellen, die in der Raumzeit entstehen, wenn zwei extrem dichte Objekte wie Neutronensterne oder Schwarze Löcher kollidieren.

Der LIGO-Detektor erkennt Gravitationswellen, indem er die winzigen Verzerrungen im Gefüge der Raumzeit aufspürt, die diese Wellen auf ihrem Weg durch die Erde erzeugen. Der L-förmige Detektor verfügt über zwei Arme mit zwei identischen Laserstrahlen im Inneren, die jeweils 4 km lang sind.

Wenn eine Gravitationswelle auf unsere kosmischen Küsten trifft, zieht sich ein Laser in einem Arm des LIGO-Detektors zusammen und dehnt sich im anderen aus, wodurch Wissenschaftler auf die Anwesenheit der Welle aufmerksam gemacht werden. Aber das winzige Ausmaß dieser Verzerrung (oft nur wenige Tausendstel eines Protons oder Neutrons groß) bedeutet, dass die Detektoren unglaublich empfindlich sein müssen – und je länger diese Detektoren sind, desto empfindlicher werden sie.

Die Konstellation aus drei LISA-Raumsonden, deren Bau im Jahr 2025 beginnen soll, wird drei Gold-Platin-Würfel in Zauberwürfelgröße enthalten, die Laserstrahlen auf die Millionen Kilometer entfernten Teleskope des jeweils anderen Raumschiffs schießen werden.

Während die Satelliten der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne folgen, werden geringfügige Störungen der Weglänge zwischen ihnen von LISA registriert und an die Wissenschaftler zurückgesendet. Forscher werden dann in der Lage sein, die präzisen Änderungen in jedem Strahl zu triangulieren, um zu bestimmen, woher die Gravitationsstörungen kommen, und optische Teleskope zur weiteren Untersuchung auf sie zu richten.

Da Gravitationspulsationen bereits erzeugt werden, bevor supermassereiche astronomische Objekte kollidieren, wird LISA den Wissenschaftlern mehrere Monate, bevor die Kollision für optische Teleskope sichtbar wird, eine Frühwarnung geben.

Die beispiellose Empfindlichkeit des Detektors wird auch einen Einblick in die schwächsten Pulsationen bieten, die aus kosmischen Morgendämmerungsereignissen – den blutigen Nachwirkungen des Urknalls – resultieren, und einige der größten und drängendsten Fragen der Kosmologie beantworten.

Das im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen ESA, NASA und internationalen Wissenschaftlern entstandene Teleskop wird 3 an Bord der Ariane-2035-Rakete in den Himmel gehoben.

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