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Neues Teleskop zum Nachweis von Gravitationswellenereignissen

Bildnachweis: Monash University

Ein neues Teleskop, das aus zwei identischen Anordnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Planeten besteht, wird Quellen von Gravitationswellen aufspüren.

Der von der University of Warwick geleitete Gravitational-wave Optical Transient Observer (GOTO) läutet eine neue Ära der Gravitationswellenwissenschaft ein. An zwei gegensätzlichen Orten eingesetzt, um den Himmel vollständig abzudecken, wird GOTO den Himmel nach optischen Hinweisen auf die gewaltigen kosmischen Ereignisse absuchen, die Wellen im Gewebe des Weltraums selbst erzeugen.

GOTO begann, als die britische University of Warwick und die australische Monash University die Lücke zwischen Gravitationswellendetektoren und elektromagnetischen Signalen schließen wollten. Jetzt hat die internationale Zusammenarbeit 10 Partner, von denen sechs in Großbritannien sind. GOTO hat vom Science and Technology Facilities Council (STFC) Fördermittel in Höhe von 3,2 Millionen £ erhalten, um die Einrichtung in vollem Umfang zu errichten.

„Aus Sicht der internationalen Zusammenarbeit ist es wirklich ermutigend, dass Großbritannien bereit ist, dieses Projekt zu unterstützen, da neue Teleskope in Australien gebaut werden sollen“, sagte außerordentlicher Professor Duncan Galloway von der Monash University School of Physics and Astronomy.

„Der neue Standort gibt uns eine massive Verbesserung unserer Chance, die Gegenstücke von Gravitationswellennachweisen zu beobachten. Die zeitnahe Erkennung der optischen Gegenstücke ist ein Schlüsselfaktor dafür, wie viel wir aus Gravitationswellennachweisen lernen können. Das erste derartige Ereignis, GW170817, wurde identifiziert in 11 Stunden; aber unser GOTO-Netzwerk kann am Himmel sein und das Feld innerhalb von Minuten autonom beobachten.“

Gravitationswellen, die lange als Nebenprodukt der Kollision und Verschmelzung kosmischer Giganten wie Neutronensterne und Schwarzer Löcher vermutet wurden, wurden 2015 schließlich direkt vom Advanced LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) nachgewiesen.

Seit 2015 gab es viele nachfolgende Entdeckungen, aber da Observatorien wie LIGO nur die Auswirkungen der Gravitationswelle messen können, wenn sie unseren lokalen Bereich der Raumzeit durchquert, kann es schwierig sein, den Ursprungspunkt der Quelle aufzuspüren.

GOTO soll diese Beobachtungslücke füllen, indem es nach optischen Signalen im elektromagnetischen Spektrum sucht, die auf die Quelle des GW hinweisen könnten – die Quelle schnell lokalisieren und diese Informationen verwenden, um eine Flotte von Teleskopen, Satelliten und Instrumenten darauf zu richten.

Da die meisten GW-Signale die Verschmelzung massiver Objekte beinhalten, sind diese „visuellen“ Hinweise extrem flüchtig, da sie so schnell wie möglich lokalisiert werden müssen, und hier kommt GOTO ins Spiel. Die Idee ist, dass GOTO als eine Art Vermittler zwischen solchen fungieren wird LIGO, die das Vorhandensein eines Gravitationswellenereignisses erkennen, und zielgerichtetere Observatorien mit mehreren Wellenlängen, die die optische Quelle des Ereignisses untersuchen können.

Professor Danny Steeghs von der University of Warwick, Hauptforscher von GOTO, sagte: „Es gibt weltweit Flotten von Teleskopen, die in den Himmel blicken, wenn Gravitationswellen entdeckt werden, um mehr über die Quelle herauszufinden Gravitationswellendetektoren nicht in der Lage sind, genau zu bestimmen, woher die Wellen kommen, diese Teleskope wissen nicht, wo sie suchen müssen.

Nach dem erfolgreichen Testen eines Prototypsystems auf La Palma auf den spanischen Kanarischen Inseln setzt das Projekt ein stark erweitertes Instrument der zweiten Generation ein.

Zwei Teleskop-Montierungssysteme, die jeweils aus acht einzelnen 40-cm-Teleskopen (16 Zoll) bestehen, sind jetzt auf La Palma in Betrieb. Zusammen decken diese 16 Teleskope ein sehr großes Sichtfeld mit 800 Millionen Pixeln auf ihren digitalen Sensoren ab, sodass das Array alle paar Nächte den sichtbaren Himmel überstreichen kann.

Diese Robotersysteme arbeiten autonom, patrouillieren kontinuierlich am Himmel, konzentrieren sich aber auch auf bestimmte Ereignisse oder Himmelsregionen als Reaktion auf Warnungen vor potenziellen Gravitationswellenereignissen.

Professor Steeghs fuhr fort: „Die Vergabe von STFC-Mitteln in Höhe von 3,2 Millionen Pfund war entscheidend dafür, dass wir GOTO bauen konnten, wie es immer geplant war: Anordnungen von optischen Weitfeldteleskopen an mindestens zwei Standorten, damit diese patrouillieren und suchen können den optischen Himmel regelmäßig und schnell.

„Dies wird es GOTO ermöglichen, diese dringend benötigte Verbindung bereitzustellen, um die Ziele für größere Teleskope bereitzustellen, auf die sie zeigen können.“

Parallel dazu bereitet das Team einen Standort am Siding Spring Observatory in Australien vor, der dasselbe Teleskopsystem mit zwei Montierungen und 16 Teleskopen wie die Installation auf La Palma enthalten wird.

Es ist geplant, beide Standorte noch in diesem Jahr in Betrieb zu nehmen, um für den nächsten Beobachtungslauf der Gravitationswellendetektoren LIGO/Virgo im Jahr 2023 bereit zu sein.

Die optische Suche nach Gravitationswellenereignissen ist der nächste Schritt in der Entwicklung der Gravitationswellenastronomie. Es wurde schon einmal erreicht, aber mit GOTOs Hilfe sollte es viel einfacher werden.

Wenn Astronomen überzeugende Gegenstücke zu Gravitationswellensignalen finden können, wird es möglich sein, Entfernungen zu messen, die Quellen zu charakterisieren, ihre Entwicklung zu studieren und die Umgebungen zu bestimmen, in denen sie entstehen.



Zitat: Neues Teleskop zur Erkennung von Gravitationswellenereignissen (2022, 1. August), abgerufen am 4. August 2022 von

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