D3 Gravitationswellen

Thema

Das Schlüsselelement dieses Modells ist das Interferometer, das den Durchgang einer Gravitationswelle detektiert.

Bodenbasierte Laserinterferometer erfassen den Durchgang dieser Gravitationswelle, indem sie die minimale Dehnung und differentielle Stauchung messen, die die Welle auf zwei senkrecht zueinander stehende, mehrere Kilometer lange Arme ausübt. Die geringe Größe dieses Effekts – eine Längenänderung, die weit kleiner ist als die Größe eines Atomkerns – ist genau der Grund, warum die erste bestätigte Detektion, die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, erst 2015 erfolgte, ein ganzes Jahrhundert nachdem diese Wellen erstmals vorhergesagt wurden.

Seitdem wurden mehrere Dutzend weitere Verschmelzungsereignisse katalogisiert, die jeweils durch dieselbe charakteristische Signatur gekennzeichnet sind: eine ansteigende Frequenz, ein sogenanntes Chirp, wenn sich die beiden beteiligten kompakten Objekte in ihren letzten Momenten vor der Verschmelzung annähern.

Ein zukünftiger Weltraumdetektor wird dieses Detektionsprinzip auf deutlich niedrigere Frequenzen ausdehnen und so Verschmelzungen supermassereicher Schwarzer Löcher erfassen, die bodenbasierte Detektoren nicht detektieren können. Dies liegt daran, dass sowohl die Eigenschwingungen der Erde als auch die endliche Größe ihrer Spiralarme die bodengebundenen Detektoren auf höhere Frequenzen beschränken. Vom Interferometer, das den Durchgang der Welle misst, mit der dieses Dokument beginnt, bis hin zu dem zukünftigen Weltraumdetektor, mit dem es endet, über die erste bestätigte Detektion und das charakteristische Chirp jeder Verschmelzung, verwandelt die Detektion von Gravitationswellen ein Beben der Raumzeit selbst, kleiner als ein Atomkern, in ein Signal, das katalogisiert, gezählt und immer wieder untersucht werden kann.

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