GEO600
Auf der Suche nach Gravitationswellen mit hohen Frequenzen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
astronews.com
28. April 2025

Der Gravitationswellen-Detektor GEO600 wird aufgerüstet, um Signale bei sehr hohen Frequenzen beobachten zu können. Die Kalibrierung des Detektors und erste Testläufe sind noch für 2025 geplant. Der Nachweis hochfrequenter Gravitationswellen könnte neue Informationen über Dunkle Materie, exotische Physik und das frühe Universum liefern.

Das Licht des kürzlich bei GEO600 installierten neuen Lasersystems strahlt durch vier Würfel aus einem speziellen Kristallmaterial. In ihnen werden die Eigenschaften von einem Teil des Laserlichts für den Betrieb des Gravitationswellen-Detektors leicht verändert. Das nahinfrarote (und damit eigentlich unsichtbare) Laserlicht erscheint im Bild violett, weil in der zur Aufnahme verwendeten Kamera der Infrarotsperrfilter ausgebaut wurde. Bild: M. Weinert / Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik [Großansicht]

Gravitationswellen sind Vibrationen der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Sie entstehen bei der beschleunigten Bewegung von Massen, beispielsweise wenn zwei Schwarze Löcher einander umrunden. Der Rhythmus dieser Bewegung bestimmt den Rhythmus oder die Frequenz der Gravitationswellen, die ins All abgestrahlt werden. Je schneller die Bahnbewegung ist, desto höher ist die Frequenz der Gravitationswellen.

Die derzeitigen Detektoren LIGO, Virgo und KAGRA beobachten Gravitationswellen in einem Frequenzbereich von 10 Hertz bis 6000 Hertz. Dabei misst die Einheit Hertz die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. In diesem Bereich werden regelmäßig Verschmelzungen von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen beobachtet. Mehr als 90 bestätigte Signale und über 200 Signal-Kandidaten sind es bis heute. In diesem Frequenzbereich werden auch Signale von einzelnen, rotierenden Neutronensternen und explodierenden Sternen erwartet. "In unserem Universum könnte es exotische Objekte geben, die Gravitationswellen mit sehr hohen Frequenzen – bis zu einer Million Hertz und mehr – aussenden", sagt James Lough, leitender Wissenschaftler bei GEO600. "Die Suche nach diesen schnell vibrierenden Raumzeit-Wellen wird unser Verständnis von kalter Dunkler Materie, exotischer Physik und dem frühen Universum vertiefen – selbst wenn wir keine Gravitationswellen mit diesen Frequenzen finden."

Bei GEO600 sind zwei wesentliche Upgrades erforderlich. Das eine betrifft die Quelle des Laserlichts, mit der die durch Gravitationswellen verursachten Längenänderungen gemessen werden. Das andere betrifft die Aufzeichnung und digitale Speicherung dieser Messungen. Die Laserquelle bei GEO600, die als "Blaupause" für die Lasersysteme anderer Gravitationswellen-Detektoren weltweit diente, wurde verbessert. Die Forschenden haben einen neuen Laser-Verstärker eingebaut, der für den Detektor bis zu 70 Watt Laserleistung bereitstellt und die Messgenauigkeit erhöht. Außerdem wird das Datenerfassungssystem von GEO600 mit neuen Komponenten aufgerüstet. Diese werden die Messdaten vier Millionen Mal pro Sekunde erfassen, um die Beobachtung von Gravitationswellen mit sehr hoher Frequenz zu ermöglichen. Bisher wurden die Daten von GEO600 rund 16.000-mal pro Sekunde erfasst. Das wäre für die geplanten neuen Beobachtungen viel zu langsam.

Das GEO600-Team hat den neuen Laserverstärker mit hoher Leistung im August 2024 erfolgreich installiert. Seitdem läuft er zuverlässig. Die Forschenden haben auch bereits erste Daten mit dem neuen Hochgeschwindigkeits-Erfassungssystem aufgenommen. "Als Nächstes werden wir alles zusammenführen, um den Detektor zu kalibrieren und seine Empfindlichkeit zu untersuchen. Wir werden nach Rauschquellen suchen und diese minimieren, um die Empfindlichkeit weiter zu verbessern", erklärt Lough. "Sobald alles klappt, wird es spannend. Dann können wir mit den ersten Testbeobachtungen beginnen und die neuen Daten analysieren." "Das ist ein Schritt in unbekanntes Terrain und ein Reich neuer Quellen von Gravitationswellen. Das GEO600-Team wird nach Signalen suchen, die bisher niemand finden konnte", ergänzt Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) und Direktor des Instituts für Gravitationsphysik an der Leibniz Universität Hannover.