Gravitationswellenforschung made in HamburgMit dem Einstein-Teleskop zu den Anfängen des Universums

30. Januar 2025, von Anna Walter

Foto: MPI für Gravitationsphysik/NIKHEF

Das künftige Einstein-Teleskop wird aus drei verschachtelten Detektoren bestehen, deren Arme ganze zehn Kilometer lang sind. Damit wird die Forschungsanlage mit internationalen Großforschungsanlagen wie dem Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) in Genf vergleichbar sein.

Gemeinsam mit Kooperationspartnern entwickeln und testen Forschende des Exzellenzclusters Quantum Universe der Universität Hamburg Komponenten für das künftige Einstein-Teleskop. Die Großforschungsanlage ist ein Gravitationswellendetektor der dritten Generation und soll in den kommenden Jahrzehnten in Europa gebaut werden.

Seit Langem planen und entwickeln Forschende weltweit eine neue Generation von Gravitationswellendetektoren, mit deren Hilfe es künftig möglich sein wird, genauere Erkenntnisse über die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Einer dieser Detektoren ist das sogenannte Einstein-Teleskop. Wann genau und wo es errichtet wird, ist noch unklar. Drei Standorte sind im Gespräch, im Dreiländereck Deutschland – Belgien – Niederlande, auf Sardinien in Italien oder in der sächsischen Lausitz.

In enger Zusammenarbeit mit Forschenden verschiedener Fachbereiche der Universität Hamburg, des DESY und der Helmut-Schmidt-Universität arbeiten Experimentalphysikerinnen und -physiker des Exzellenzclusters „Quantum Universe“ der Universität Hamburg an einer Laborumgebung, in der Komponenten für das Einstein-Teleskop entwickelt und getestet werden. „Die Science City Hamburg Bahrenfeld bietet uns ein optimales Umfeld, um diese Laborumgebung zu schaffen“, sagt Prof. Dr. Oliver Gerberding, Professor für Gravitationswellendetektion an der UHH. „Wir profitieren auch von einem engen Austausch mit der theoretischen Physik und der Astrophysik die sich ebenfalls auf das Einstein Teleskop vorbereiten.“

Von Albert Einstein bereits vor mehr als 100 Jahren theoretisch vorhergesagt, gelang die erste Messung von Gravitationswellen erst im Jahr 2015. Das Einstein-Teleskop soll diese bahnbrechende Forschung fortsetzen und die Beobachtungen erneut revolutionieren. Seine Funktion basiert auf der sogenannten Laserinterferometrie, also der Überlagerung von Laserstrahlen, die unterschiedliche Distanzen zurückgelegt haben. Um präzise Messergebnisse zu erhalten, ist es wichtig, Störquellen zu kennen und zu reduzieren. Die Hamburger Forschenden entwickeln Methoden, um verschiedene Störfaktoren zu unterdrücken, wie beispielsweise Quantenrauschen und seismische Wellen.

Am Exzellenzcluster „Quantum Universe“ erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Teilchen-, Astro- und Mathematischen Physik der Universität Hamburg und des DESY den Ursprung und die Entwicklung des Universums. Der Großteil bisheriger kosmologischer Beobachtungen basiert auf elektromagnetischer Strahlung, Licht, und erlaubt nur Rückschlüsse über die Entwicklung des Universums ab etwa 380.000 Jahren nach seiner Entstehung. Die Messung von Gravitationswellen ermöglicht hingegen auch einen Blick in die sehr frühe Entwicklungsphase des Universums.