Gravitationswellen: Ein neuer LIGO in Indien

Raumzeiterschütterungen auf der Spur: In Indien entsteht ein neuer Gravitationswellendetektor nach Vorbild der LIGO-Detektoren in den USA. Noch vor Ende des Jahrzehnts soll das Laserinterferometer fertig sein und Kollisionen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen im All aufspüren helfen. LIGO-India erweitert das weltweite Netz der Gravitationswellendetektoren und erhöht so die Genauigkeit der Ortung solcher Ereignisse um das mehr als Zehnfache.

Die beiden in den USA installierten LIGO-Detektoren (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) haben im Jahr 2015 erstmals Gravitationswellen aufgezeichnet, die von der Kollision Schwarzer Löcher verursacht wurden – und damit Einsteins Vorhersage solcher Raumzeit-Wellen bestätigt. Seither haben Astronomen ein ganzes Periodensystem von Gravitationswellen eingefangen. Außerdem sind mit Virgo in Italien und KAGRA in Japan zwei weitere Gravitationswellendetektoren hinzugekommen.

Laserinterferometer detektieren die Erschütterungen der Raumzeit, weil diese den Untergrund leicht dehnen und stauchen. Dadurch verändern sich die Entfernungen, die die beiden senkrecht zueinander stehenden Lasermessstrahlen zurücklegen. Dort, wo sie zusammentreffen, verändert sich dadurch das Interferenzmuster und ermöglicht so den Nachweis der Gravitationswellen. Die Detektoren LIGO, Virgo und KAGRA sowie die ältere und deutlich kleinere Anlage Geo600 in Deutschland bilden ein Netzwerk, mit dem Astronomen die Quelle der Raumzeit-Erschütterungen besser orten können als mit nur einem oder zwei Detektoren.

Indien bekommt ein LIGO

Jetzt bekommt das Netzwerk der Gravitationswellendetektoren Zuwachs: Indien bekommt ein eigenes LIGO. Nachdem die indische Regierung ihre Zustimmung erteilt hat, wird in den nächsten Jahren ein Detektor nach Vorbild der US-Observatorien gebaut. Die Anlage mit zwei jeweils vier Kilometer langen Laser-Messtrecken entsteht nahe der Stadt Aundha im indischen Bundesstaat Maharashtra. Installiert und betrieben wird der Gravitationswellendetektor durch eine Kooperation des LIGO-Teams in den USA mit indischen Forschungszentren.

„Als neuester Gravitationswellendetektor wird LIGO-India von Beginn an alle unsere neuesten und besten Technologien umfassen“, erklärt Rana Adhikari vom California Institute of Technology. Die beiden LIGO-Anlagen in den USA sind in den letzten Jahren mehrfach nachgebessert worden. Dabei erhielten sie unter anderem neue Spiegel und eine „Quantenpresse„, die das Störrauschen minimiert und dadurch die Sensitivität der Detektoren erhöht. Diese Neuerungen werden auch in LIGO-India eingebaut. Der Detektor soll noch vor Ende des Jahrzehnts in Betrieb gehen.

Zehnfach höhere räumliche Auflösung

„Dies wird nicht nur Indien zugutekommen, sondern der gesamten Gemeinschaft der Gravitationswellen-Forschung“, sagt LIGO-Direktor David Reitze vom California Institute of Technology. Denn durch den neuen Standort in Indien wird das weltweite Netz der Gravitationswellendetektoren erweitert. Dies erhöht die räumliche Auflösung der Beobachtungen und schließt bisher bestehende Lücken in der Abdeckung des Himmels.

„LIGO-India wird die Präzision, mit der wir ein Gravitationswellen-Ereignis lokalisieren können, um eine Größenordnung verbessern“, sagt Adhikari. Vor allem die schwächeren Signale von Neutronensternkollisionen werden sich so besser orten lassen. Dadurch können Astronomen die Quelle der Erschütterungen schneller mit Teleskopen nach begleitender Strahlung absuchen. Diese „Multimessenger-Astronomie“ gilt als wichtige Voraussetzung für die weitere Erforschung dieser kosmischen Ereignisse.

„Gamechanger für die Wissenschaft“

Darüber hinaus kommt die bessere räumliche Auflösung der Gravitationswellen-Astronomie auch grundsätzlichen astronomischen und kosmologischen Forschungsfragen zugute: „Dies wird es uns erleichtern, fundamentale Fragen zum Universum zu beantworten, darunter auch, wie Schwarze Löcher entstehen oder wie schnell sich das Universum ausdehnt. Außerdem können wir damit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie noch strenger überprüfen als bisher.“

„Ein dritte, weit entfernte LIGO-Anlage im globalen Netzwerk zu haben, ist seit langem unser Ziel“, sagt LIGO-Physiker Fred Raab, der seit fast zehn Jahren an der Vorbereitung von LIGO-India arbeitet. „Dies wird ein Gamechanger für die Wissenschaft sein.“

Quelle: California Institute of Technology