Virgo-Detektor in Italien registriert erneute Erschütterung der Raumzeit Erste Gravitationswellen in Europa detektiert - scinexx | Das Wissensmagazin
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Virgo-Detektor in Italien registriert erneute Erschütterung der Raumzeit

Erste Gravitationswellen in Europa detektiert

Auch der Detekor Virgo in Italien hat jetzt erstmals Gravitationswellen aufgefangen. Sie wurden wie die drei vorherigen Ereignisse von der Verschmnelzung zweier Schwarzer Löcher verursacht. © NASA/StScI

Kosmisches Signal auch in Europa: Zum ersten Mal hat auch der Detektor Virgo in Italien das Signal von Gravitationswellen aufgefangen. Gleichzeitig mit den beiden LIGO-Detektoren in den USA registrierte das Observatorium die Erschütterungen der Raumzeit, die von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher verursacht wurden. Dies ist nicht nur der erste Nachweis solcher Wellen für Virgo, die Verschaltung aller drei Detektoren macht auch die Bestimmung der Quelle präziser als zuvor.

Bereits im Februar 2016 hatten die LIGO-Detektoren in den USA erstmals nachgewiesen, dass diese von Albert Einstein vorhergesagten Erschütterungen der Raumzeit wirklich existieren. Seither haben diese Detektoren noch zwei weitere Gravitationswellen-Ereignisse registriert. Alle drei wurden von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher verursacht.

Der dritte Detektor im Bunde

Wo jedoch diese Quellen der Gravitationswellen im Weltraum lagen, ließ sich bis jetzt nur schwer bestimmen, denn mit nur zwei Detektoren war eine Triangulation nicht möglich. Das aber hat sich nun geändert, denn seit 1. April 2017 ist ein dritter Gravitationswellen-Detektor auf Horchposten: der in der Nähe von Pisa in Italien gelegene Advanced Virgo.

Der Detektor besteht – ähnlich wie die LIGO-Anlagen in den USA – aus einem Laserinterferometer, dessen Strahlen zwei jeweils drei Kilometer lange Tunnel durchziehen. Dehnen oder stauchen Gravitationswellen nun die Erdkruste, verändert sich die Länge dieser Tunnelstrecken und ein Signal wird ausgelöst.

Erster Nachweis jetzt auch für Virgo

Genau dies ist am 14. August 2017 passiert: Nur zwei Wochen nach Beginn der neuen Laufzeit von Virgo hat der Detektor erstmals das Signal von Gravitationswellen eingefangen. Gleichzeitig mit den LIGO-Detektoren in den USA registrierte das italienische Interferometer die typischen Schwingungen der Raumzeit bei der Passage einer Serie von Gravitationswellen.

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Stärke und Frequenzen des Gravitationswellen-Signals an den drei Detektoren. © LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration

Die Wellen des GW170814 getauften Ereignisses erreichten den LIGO-Detektor in Livingston zuerst, acht Millisekunden später empfing auch der LIGO-Detektor in Hanford das Signal. Virgo registrierte die Schwingungen der Raumzeit weitere sechs Millisekunden später.

„Es ist wunderbar, ein erstes Gravitationswellen-Signal in unseren brandneuen Advanced Virgo-Detektor zu sehen – nur zwei Wochen nachdem er offiziell mit der Datenaufnahme begonnen hat“, sagt der Sprecher der Virgo-Kollaboration, Jo van den Brand von der Freien Universität Amsterdam. Dies ist das vierte Gravitationswellen-Ereignis, das auf der Erde aufgefangen wurde.

Quelle genauer bestimmt als je zuvor

Die neuen Gravitationswellen wurden – wie die vorhergehenden – durch die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher verursacht. Sie liegen rund 1,8 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt, wie die Forscher berichten. Die beiden Schwarzen Löcher waren vor ihrer Kollision 31 und 25 Sonnenmassen schwer und verschmolzen zu einem Schwarzen Loch von rund 53 Sonnenmassen. Das bedeutet: Rund drei Sonnenmassen wurden bei diesem Ereignis in Form von Gravitationswellen freigesetzt.

Position der Quelle der Gravitationswellen, bestimmt nur mit LIGO (blau) und mit allen drei Detektoren (gelb) © Virgo Collaboration

Den Herkunftsort des GW170814 getauften Ereignisses konnten die Astronomen bis auf 60 Quadratgrad genau bestimmen – das ist rund zehnfach genauer als zuvor. Weil die Signale von drei weit voneinander entfernten Detektoren gleichzeitig eingefangen wurden, ermöglicht dies eine Triangulation und damit bessere Positionsbestimmung. Der mögliche Ort des Geschehens schrumpft durch den „Dritten im Bunde“ deutlich, wie die Astronomen erklären.

Vom Einzeldetektor zum Netzwerk

„Dies demonstriert die Leistungen, die ein Netzwerk von Gravitationswellen-Detektoren erbringen kann“, sagt Sheila Rowan von der University of Glasgow. „Es vergrößert den Pool an Daten, auf die wir künftig zurückgreifen könne und wird damit dazu beitragen, unser Verständnis des Universums zu erweitern.“

Zwar ist Virgo weniger sensibel als seine beiden Gegenstücke in den USA, dennoch ergänzen und erweitern seine Messungen die der LIGO-Anlagen. „Wenn Signale bei allen drei Detektoren eingehen, können wir nun die Daten detaillierter analysieren und die Massen und Positionen der Quelle ermitteln“, erklärt John Veitch von der University of Glasgow.

Die Astronomen erwarten, demnächst sehr viel häufiger Signale von Gravitationswellen einzufangen. „Dies ist erst der Anfang der Beobachtungen mit diesem Netzwerk“, sagt der Sprecher der LIGO-Kollaboration David Shoemaker vom MIT. „In der nächsten Laufzeit ab Herbst 2018 könnten wir sogar wöchentlich oder sogar noch häufiger diese Signale detektieren.“ Denn ähnlich wie schon vor der aktuellen Laufzeit wird dann auch LIGO noch einmal nachgerüstet und verbessert.

(Virgo/ University of Glasgow, 28.09.2017 – NPO)

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