Nach der allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein ist die Schwerkraft keine zwischen Objekten wirkende Kraft, die durch den Raum übertragen wird; die Schwerkraft ist vielmehr das Ergebnis der Raum-Zeit-Krümmung, die durch die Anwesenheit von Masse oder Energie verursacht wird. Wenn ein massereiches Objekt, wie ein Schwarzes Loch (BH), aufgrund einer Beschleunigung seine Position im Raum ändern würde, wie im Fall von zwei sich in einem Doppelsternsystem umkreisenden BHs, würde es kontinuierliche Änderungen der Krümmung der Raum-Zeit bewirken; diese Änderungen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und sind das, was wir als Gravitationswellen (GWs) bezeichnen. Wenn eine GW durch einen GW-Detektor, typischerweise einen Laserinterferometer, hindurchgeht, dehnt und kontrahiert sie dessen Arme, und als Folge erzeugt das (Laser-)Licht, das entlang seiner Arme reist, ein Interferenzmuster, das wiederum ein detektierbares Signal erzeugt. Durch das Studium dieses Signals kann man die Eigenschaften des Systems erschließen, das die GW erzeugt hat.
Die aktuellen Gravitationswellendetektoren der zweiten Generation.
Die wichtigsten Gravitationswellendetektoren, die derzeit an der Beobachtung des Universums durch dieses neue Beobachtungsfenster beteiligt sind, sind die beiden LIGO-Interferometer, die in den USA in Livingstone und Hanford stationiert sind, das Advanced Virgo-Interferometer, das in Italien, in Cascina, und das KAGRA-Interferometer, das in Japan im Berg Kamioka, lokalisiert ist; zusammen bilden sie das fortgeschrittene LVK GW-Detektornetzwerk. Während der ersten drei Beobachtungsläufe des LVK-Detektornetzwerks wurden etwa 93 Gravitationswellenereignisse, hauptsächlich aufgrund von Verschmelzungsereignissen schwarzer Löcher, detektiert und haben bereits dazu beigetragen, das Universum besser zu verstehen.
Das Einstein-Teleskop, ein Gravitationswellendetektor der dritten Generation
Das Einstein-Teleskop (ET) ist ein Gravitationswellendetektor der dritten Generation, der derzeit in Europa geplant wird und darauf abzielt, die Suche nach Gravitationswellen bis in das frühe Universum um das Jahr 2035 zu erweitern. Die endgültige Konfiguration und der Standort dieses fortschrittlichen Gravitationswellenobservatoriums werden derzeit untersucht und sollen 2025 entschieden werden. Es gibt zwei Hauptkandidaten für den Standort. Ein Standortkandidat befindet sich in Italien, in den SOS Enattos-Bergwerken in Sardinien; der andere Kandidat ist der EU-Regio Rhein-Maas-Standort nahe der Grenze zwischen den Niederlanden, Belgien und Deutschland. Auch die endgültige Detektorkonfiguration wird derzeit bewertet, mit einer sogenannten xylophonartigen, dreieckigen Form und Armlängen von 10 km, gelegen in einer der beiden Kandidatenregionen, oder zwei identische L-förmige Detektoren, die sich an beiden Standortkandidaten befinden, mit Armlängen von jeweils 15 km. In allen Fällen wird der Detektor unterirdisch, 100 Meter unter der Oberfläche und bei sehr niedrigen Temperaturen betrieben, um das Rauschen zu reduzieren. Das ET soll dank einer stark verbesserten Empfindlichkeit für Gravitationswellen in einem empfindlichen Bereich, der sich bis zu einigen tausend Hz erstreckt, einen Durchbruch in unserem Verständnis des Universums ermöglichen.
Gruppenaktivitäten
Die Gruppe interessiert sich für das Verständnis von mittelschweren Schwarzen Löchern (IMBHs), ihre mögliche Rolle bei der Bildung von supermassiven Schwarzen Löchern (SMBHs) und für grundlegende physikalische Probleme, die damit zusammenhängen könnten. Dunkle Materie könnte beispielsweise die Wellenform beeinflussen, die bei der Verschmelzung von IMBHs erzeugt wird. Neben dem rein wissenschaftlichen Aspekt dieses Themas sind wir auch an der Entwicklung neuer Analysemethoden interessiert, insbesondere solcher, die durch den Einsatz von maschinellem Lernen profitieren und möglicherweise an der Schnittstelle zwischen Hardware und Software, wie bei FPGAs, integriert werden können.
Contacts: Gianluca Inguglia