1

GravitationswellenTheorie, Quellen, Detektoren

Schule für Astroteilchenphysik 2004

Peter AufmuthMax-Planck-Institut für Gravitationsphysik

(Albert-Einstein-Institut)Universität Hannover

@mpsSpektroskopie

2

Universität HannoverMax-Planck-Institutfür Gravitationsphysik(Albert-Einstein-Inst.)Golm und Hannover

Gravitationswellen-detektor GEO 600

Zusammenarbeit mitLIGO und VIRGOPhysik der Nachfolge-Interferometer

Auswertung der DatenBerechnung neuerQuellen

Zentrum für Gravitationsphysik

3

SFB/TR 7Gravitationswellenastronomie

Albert-Einstein-InstitutGolm und HannoverUniversität Hannover

Friedrich-Schiller-Universität, Jena

Max-Planck-Institut für AstrophysikGarching

Eberhard Karls UniversitätTübingen

Sonderforschungsbereich / Transregio

4

EINLEITUNG

Geometrodynamik

5

Isaac Newton(1643 – 1727)

Gravitation nach Newton

221

rmmGF

Gravitationsgesetz

„Alle Massen übeneine anziehende Kraft auf einander aus.“

6

Alle Körper fallen an der gleichen Stelle des Raumsmit der gleichen Beschleunigung, unabhängig von

ihrer Masse oder ihrer Zusammensetzung („Äquivalenzprinzip“).

Im freien Fall herrscht Schwerelosigkeit !

Keine Kräfte !

Beobachtungen zur Wirkung der Gravitation

7

In einem lokal freifallenden Bezugssystem sind

in einer hinreichend engenNachbarschaft eines jeden

Raumzeit-Ereignisseskeine gravitativen

Effekte feststellbar.

„Starkes Äquivalenzprinzip“

Äquivalenzprinzip

8

Albert Einstein (1879 – 1955)

1916

„Die Gravitation ist keine Kraft, sondern

eine Eigenschaft des Raums.“

Der Raum ist kein starrer Hintergrund,

er wird durch Massen verformt.

Gravitation nach Einstein

9

keine Masse = keine Krümmung(Euklidischer Raum)

eine Massekrümmt den Raum

(Riemannscher Raum)

Gravitation ist Geometrie

Vorstellung anhand einer Fläche (= 2-dim. Raum)

Der Planet folgt der vorgegebenenStruktur des Raums

10

Prinzip der Allgemeinen Relativitätstheorie(oder Geometrodynamik)

John Archibald Wheeler(geb. 1911)

„Die Materie bestimmt die Krümmung des Raums,

und der Raum bestimmt die Bewegung der Materie.“

prägte die Begriffe „Schwarzes Loch“,„Geometrodynamik“, „Quantenschaum“

11

Gravitationswellen

Die Ausbreitung von Störungen in der Strukturder Raumzeit erfolgt nur mit endlicher Geschwindigkeit

Existenz von Gravitationswellen

z.B. Sternexplosion(Supernova) mit Lichtgeschwindigkeit

Gravitationswellen...

... sind durch beschleunigte Massen erzeugte

Transversalwellen in der Struktur der Raumzeit, die sich mit

Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

13

ERSTER TEIL

Theorie der Gravitationswellen

ikik TG

14

Einstein-Gleichung

Krümmung ~ Masse/Energie-Verteilung

TG

N11028 43

4

cG

ikikikik TcGgRgR 4

821

Newton

15

2S2cGmR Schwarzschild-Radius der Masse m [m]

(= Masse in „geometrischen“ Einheiten)

R geometrischer Radius der Masse m

RRS

(Schwarzes Loch) = 1 (Neutronenstern) 0,5 (Sonne) 10–6 (Erde) 10–9 !

Newtonscher Grenzfall reicht in fast allen Fällen (nicht bei GPS !)

Größenordnung relativistischer Effekte

Größenordnung relativistischer Effekte

16

Einsteins Feldgleichungen

ikikikik TcGgRgR 4

821

Rik = Ricci-Tensor (Krümmung)R = skalare Krümmung (= Sp Rik) = kosmologische Konstante (= 0)Tik = Energie-Impuls-Tensorgik = metrischer Tensor (Metrik)

Zu Diskontinuitäten und Singularitäten fragenSie Ihren Topologen oder Geometer !

Zehn gekoppelte nichtlineare Differentialgleichungenzweiter Ordnung für die gik

17

Metrik und Abstandsmessung

Für frei fallende Bezugssysteme und eine hinreichend kleine Umgebung eines Raumzeit-Ereignisses ist

1000010000100001

ikikg Minkowski-Metrik(= ebener Raum)

Die Metrik bestimmt lokal die Geometrie der Raumzeitund damit das Ergebnis einer Abstandsmessung:

k

ik

iik xxgs ddd 2

Für den Abstand zweier Raumzeit-Ereignisse ergibt sich dann222222

322

21

20

22 ddddddddd zyxtcxxxxcs

18

Schwachfeld-Näherung

1 ||mit ikikikik hhg hik = kleine Störung der flachen Minkowski-Metrik ik

*4 )

21(8

ikikikik TTgTcGR

Modifizierte Feldgleichung:

TcGR 4

8mit

Einsetzen und lineare Näherung betrachten Invarianz gegenüber Eichtransformation

Lorentz-Eichung:

k

i

i

kikik xxhh

0 Div h

19

Wellengleichung

*2

2

22

2

2

2

2

21 21 )( ikik Th

tczyxhO

Lineare Wellengleichung

'd|'|

|'|,'

2),( 3

*

rrrcrrtrT

trhik

ik

)sin(),( oikikikik trkehtrh

im Vakuum (für Tik = 0) ebene Wellen

Allgemeine Lösung: retardierte Potentiale

20

TT-Eichung(TT = “transverse” & “traceless”)

hik ist ein symmetrischer Tensor 10 unabhängige Komponenten

Lorentz-Eichung legt vier Komponenten fest

Koordinatenwahl legt zwei Komponenten fest

Phasenwahl legt zwei Komponenten fest

01

3

3

2

2

1

1

0

0

xh

xh

xh

xh

ciiii

00 ke (Transversalwelle)

02211 ee (spurfreie Welle)

21

GW in der TT-Eichung

000000000000

1000010000100001

hhhh

hg ikikik

)/(i

)/(i

e

e

czt

czt

Ah

Ah

Ebene Wellen mit zwei Freiheitsgraden und Geschwindigkeit cFür eine Welle in z-Richtung erhält man:

22

Gravitationswellen ändern die Metrik

dl = 0 dl = 0 –

dl = 0 +

222222 d)d1()d1(dd zyhxhtcs

Abstandsmessung zwischen frei fallenden Testmassen

23

Elektromagnetische Wellen / Gravitationswellen

Schwingungen, die sich durch die Raumzeit bewegen

inkohärente Überlagerung der Emission einzelner Atome

Wellenlängen kleiner als das Objekt Bild des Objekts

Absorption, Streuung, Disper- sion durch Materie

Frequenzen 107 ... 1027 Hz

Schwingungen in der Struktur der Raumzeit selbst

kohärente Bewegung großer Massen oder Energiedichten

Wellenlängen gleich groß oder größer als die Quelle (Akustik)

Keine Beeinflussung durch Materie

Frequenzen 10-18 ... 104 Hz

Die meisten Quellen von GW senden keine EMW aus und umgekehrt Komplementäre Informationen - neue Entdeckungen zu erwarten

24

Starke Felder: Allgemeiner Fall

Absorption, Streuung und Dispersion durch Materie und elektromagnetische Felder

Streuung durch Hintergrund-Krümmung für RB ~ (Schwingungsmoden Schwarzer Löcher)

Gravitationslinseneffekt (Fokussierung) durch Schwarze Löcher, Sternhaufen, Galaxien

Parametrische Verstärkung für RB (Vakuumfluktuationen beim Big Bang)

Nichtlineare Effekte spielen praktisch keine Rolle (h << 1)

25

GravitonenDie linearisierte Theorie beschreibt ein masseloses

(Spin 2)-Feld, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

Das Feldteilchen ist das Graviton.

S = 2 zwei Helizitäten, die sich um 45° unterscheiden.

Verschwindende Wechselwirkungzwischen Gravitonen und Materie.

E

26

ZWEITER TEIL

Quellen von Gravitationswellen

27

Multipol-Entwicklung

xd mmMassendipolmoment: 2

2m

2

D ~t

S dStrahlungsleistung:

02

2

2m

2

ttm

tpxd Impulserhaltung !

Das magnetische Dipolmoment entspricht in der Gravitationstheorie dem Drehimpuls; dies liefertinfolge der Drehimpulserhaltung ebenfalls S = 0.Erst der Quadrupolterm liefert einen Beitrag.

Monopolmoment: Jede sphärisch-symmetrischeVakuumlösung der Feldgleichungen ist statisch.

28

Quadrupol-Formel

xrxxQ ijji32 d)

31(

crtQ

trcGh ijij

TT2

2

4TT 1 2

Die metrische Störung in der Wellenzone (r >> /2) hängt vomTT-Anteil des Massenquadrupolmoments der Quelle ab:

Großes Quadrupolmoment !Schnelle Änderungen !

Q = Abweichung von der Kugelsymmetrie

smW 1022 44

4

cG

Allgemein: Alle Multipole der Ordnung < S liefern keinenBeitrag zur Strahlung. Für Gravitonen ist S = 2.

29

Strahlungsleistung

ijij

ijij QQ

cG

crtQ

tcG

tE

5

2

3

3

5 55dd

Energiefluß einer ebenen Gravitationswelle

Labor: Rotierende Hantel 10–26 WErde um Sonne 200 WJupiter um Sonne 5300 WDoppelsternsystem 1015 … 1030 WNeutronensternsystem 1045 W

Nur kompakte kosmische Objekte mitgroßen Beschleunigungen kommen in Frage !

30

Quellen von Gravitationswellen

Supernovae Doppelsternsysteme

Akkretierende Neutronensterne

Kollidierende superschwereSchwarze Löcher

UrknallInflation

die energiereichstenund heftigsten Vorgänge

im Universum

Dunkle Materie

31

Amplitude, Stärke

crtQ

rcGh ikik 124

Hz1)(~ fSh h

m kgs106.1

244

Lineare spektrale Dichte

hfhh ~ const. ~

2

h

)( fShSpektrale Leistungsdichte (Mittelwert von h bei derFrequenz f innerhalb der Bandbreite ∆f = 1 Hz)

×

32

Die Stärke von Gravitationswellen

h ~ 10–18

Günstigster Fall: Supernova in der MilchstraßeM ~ 1.4 M , D ~ 500 kpc, f ~ 1 kHz

ESN ~ 3 · 1046 J, EGW ~ 1044 J

d.h. Abstand Erde - Sonne ändert sich um den Durchmesser eines H-Atoms bzw. eine 1 km lange Meßstrecke um den Durchmesser eines Protons !

Strahlungsleistung auf der Erde: S ~ 105 W/m2

100 el.-magn. Solarkonstante 1031 Gravitonen pro m2 und s

h ~ 10–21Angestrebte Empfindlichkeitvon GW-Detektoren:

33

Mögliche Quellen für Gravitationswellenempfänger

Frequenz f [Hz]

Signalstärke h

Supernova-Kollaps

Verschmelzung kom-pakter Doppelsterne

BinärsystemeWeißer Zwerge

Kompakte Doppelsterne

Schwarze LöcherVerschmelzung SL-SL 106 M

Bildung SL 106 M

SL-SL 105 M

SL-SL 103 M

Millihertz Kilohertz

Supernova in der Milchstraße

10–18 …

34

GW- Astronomie: Supernovae

SN 1987A

Kollaps eines ausgebrannten Sterns zu einemNeutronenstern oder einem Schwarzen Lochund Explosion der äußeren Hülle des Sterns.

ca. 1 % der Gravitationsbindungsenergie wirdin Form von GW abgestrahlt

GW-Stärke und Häufigkeit:h ~ 10-20 in der MilchstraßeRate: einige pro Jahrhundert

Signalform: Impuls, f ~ 1 kHz

Pulsierender Neutronenstern:Beim Kollaps wird der Kern zu Sinusschwingungen angeregt.

Saenz u. Shapiro 1981

35

GW- Astronomie: Supernovae

SN 1987A HST

Im GW-Signal bilden sich die Details desKollaps und der folgenden Explosion ab.

z.B. berechnetes Signal für den Kollaps eines durch Rotation abgeplatteten Sterns:

T. Zwerger, E. Müller 1997

Der Stern fällt in polarerRichtung schneller zu-sammen als in äquatori-aler ( Struktur des Aus-schlags nach unten)

Supernova-Morphologie

36

GW-Astronomie: Kompakte Binärsysteme

Zwei Neutronensterne oder Schwarze Löcher, dieeinander umkreisen und schließlich verschmelzen

Amplitude und Wellenform sind sehr gut bekannt genaue Bestimmung der Entfernung

GW-Stärke: h ~ 10-21 in der Milchstraßeh ~ 10-24 im Virgo-ClusterRate der Verschmelzungen: einige pro Jahr

Signalform: quasi-periodisch,f ~ 100 Hz, Endphase „chirp“

h

Zeit t [s]

37

GW-Astronomie: Kompakte Binärsysteme

Amplitude und Wellenform sind sehr gut bekannt genaue Bestimmung der Entfernung D

Bestimmung der Hubble-Konstante auf 1 %

c5/25/3

c

221

aus

2mit ~

tMM

cGMR

DRRRh i

i

Ri = Schwarzschild-RadiusR = BahnradiusMc = Chirp-Masseµ = reduzierte MasseM = Gesamtmassetc = Chirp-Zeit

Chirp-Phase - Verschmelzung - NS

38

GW-Astronomie: Schwarze Löcher

Endpunkt der Entwicklung massiverSterne: Singularität innerhalb des Ereignishorizonts (Schwarzschild-Radius)

1.) Stellare Schwarze Löcher mit M ~ 10 M 2.) Supermassive Schwarze Löcher mit M ~ 106 bis 109 M im Zentrum jeder Galaxie

Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem stellaren Schwarzen Loch oder zweier stellarer Schwarzer Löcher:

Signalform: quasi-periodisch, f ~ 30 - 500 Hz

GW-Stärke: h ~ 10-21

2S2cMGR

39

GW-Astronomie: Galaxienkerne

Signalform: quasi-periodisch, f ~ 1 mHz

GW-Stärke: h ~ 10-19

Verschmelzung Schwarzer Löcher bei der Kollision zweier Galaxien:

© HST

40

GW-Astronomie: Hintergrundstrahlung

Ursache: Urknall und Inflation des Univerums,stochastischer Untergrund von fernen Super-novae und binären Weißen Zwergen (f < 60 mHz), [kosmische Strings, topologische Defekte]

Signalform: breitbandigesisotropes Rauschen

GW-Stärke: h ~ 10-24 ? ?

Messung durch Korrelation der Signale mehrerer Detektoren

Test der String-Theorie möglich(Vorhersage des GW-Spektrums)

Information über das Universumdirekt nach seiner Entstehung

t < 10-24 s

41

1974: Hulse und Taylorentdecken den

Doppelpulsar PSR 1913+16 Rektaszension Deklination

Radiopulsar + Neutronenstern

Gravitationswellen

Magnetfeld B 108 T,Radius 10 km, Masse = 1,4 M

Periode T = 0,059029997929613(7) s

Umlaufzeit des Doppelsterns:7 h 45 m

Rotationsachsemagn. Achse

Radio-wellen

Indirekter Nachweis von GW

42

Energieverlust durch Abstrahlungvon Gravitationswellen

Verkürzung der Bahnperiode

P stimmt mit dem Wert überein,den die Allgemeine Relativitäts-theorie vorhersagt (auf 0,3 % !).

Nobelpreis für Physik 1993

Russell A. HulseJoseph H. Taylor, Jr.

Indirekter Nachweis vonGravitationswellen !

GW-Astronomie heute !

EinsteinsVorhersage

43

DRITTER TEIL

Direkter Nachweis vonGravitationswellen

44

Pionier der Gravitationswellenforschung:

Resonanzantenne („Weber-Zylinder“)

Joseph Weber (1919 – 2000)

45

Die Gravitationswelle wirkt wie eine Gezeitenkraft auf einausgedehntes Objekt (d.h. sie streckt und staucht es).

Wirkung einer Gravitationswelleauf einen starren Körper mit elastischen Kräften

x

yt

46

Resonanzantennen

Die Gravitationswelle regt die ungeraden longitudinalenSchwingungsmoden des Zylinders an. Man messe die

Bewegungung der Endflächen des Zylinders! Die Empfindlichkeit hängt von der Masse und der Temperatur

des Zylinders ab und von der Güte der Kopplung zwischen Zylinder und Verstärkersystem.

m 10~~ 21gw

hLl

Funktionsprinzip

Mögliche Reaktion auf einen kurzen Gravitationswellen-Impuls:

ALLEGRO, Baton Rouge, LA

47

Resonanzantennen – Rauschquellen

2/1

22

2/1

th2

4

QMfkTl

Hauptsächliche Rauschquellen

Thermisches Rauschen:

T < 1 K; Q > 106

Quantenlimit:

m 10~2

212/11/2

qu2

Mfl

tiefe Temperatur !hohe Güte !

große Masse !

48

19104 hNiob-Zylinder, M = 1.5 t, f = 700 HzV = 380 l flüssiges He; T = 0.9 K

Empfindlichkeit:

Schwingungsisolierung

Schwingungs-isolierung

Nb-Zylinder

SQUIDflüssiges He

NIOBE Univ. W. Australia (Perth) seit 1993

Moderne Zylinderantennen

Mikrowellen-resonator

Verstärker Übertrager Zylinder

49

Tiefgekühlte Detektoren

19105.2 h

NAUTILUSINFN, FrascatiAl 5056, M = 2.3 t, L = 3 mf = 908 & 924 Hz, T = 0.1 K

KalibriersignaleGammastrahlendetektor

Zylinder und Übertrager sindgekoppelte Oszillatoren in Reihe(2 Seitenbänder mit ∆f 80 Hz)

50

M ~ 2000 kg, L ~ 3 mf ~ 900 Hz, f ~ 10 Hz

h ~ 4 10–19

Zylinderantennen

ALLEGROBaton Rouge,LSU (USA)

AURIGALegnaro, INFN (Italien)

EXPLORERGeneva, CERN, INFN

(Schweiz)

NAUTILUSFrascati, INFN (Italien)

NIOBEPerth, UWA (Australien)

Int. Gravitational Event Collaboration

1991

1997 1990

1995 19932001

51

Die Zukunft der Resonanzantennen

NAUTILUS auf 935 Hz abgestimmt = Frequenz des erwarteten Rests der SN 1987A (Pulsar) NAUTILUS & EXPLORER: Suche nach Koinzidenzen mit kosmischer Strahlung (-ray bursts bis zu 87 TeV)

Nächste Detektor-Generation: ultra-tiefgekühlt (T < 0.1 K), rauscharme Verstärker, Bandbreite GRAIL: Kugelförmige Detektoren mit größerer Masse niedrigeres Quantenlimit

2110h

2210h

MQTh

52

Sphärische Resonanzantennen

MINIGRAILLeiden,Niederlande

Vorteile:richtungsunabhängiggrößere Bandbreite

größere Masse(kleineres Quantenlimit)

CuAl(6%)-Kugel, = 0.68 mM = 1.3 t, f ~ 3 kHz, T = 20 mKf > 220 Hz, h ~ 4 10–20

Zukunft:M ~ 100 t ~ 3 mT = 10 mK, h ~ 10–22

Sfera (Italien)Mario Schenberg (Brasilien)

53

Interferometrische DetektorenFunktionsprinzip

GEO600, Hannover, Germany

Gravitationswellen ändern zwei orthogonale Strecken um den gleichen Betrag, aber mit unterschiedlichem Vorzeichen. Man

vergleiche beide Strecken mit einem Michelson-Interferometer! Die Empfindlichkeit hängt von der Armlänge und von der

umlaufenden Lichtleistung ab.

Bandbreite: ∆f ~ 1000 HzAngestrebte Empfindlichkeit:

h ~ 10–21

m 10~~ 18gw

hLl

54

Interferometer – Anforderungen

Die Laufzeitunterschiede desLichts in den beiden Armenführen zu e. Phasenunterschied

02)()( cLtht

(L = Armlänge, 0 = Lichtfrequenz)

Für L = 100 km, fGW = 1 kHz, h = 10–21, λ0 = 1 µm ∆ = 10–9 2/12/1

5

2/10GW22

SN km 3

1051

W50

kHz 1 10

LRPfh

Typische Werte für ein SN-Signal und „Dual Recycling“( = Quanteneffizienz des Fotodetektors, P0 = Laserleistung,

R = Reflektivität der Spiegel)

55

Interferometer – Rauschquellen Bodenunruhe (seismisches Rauschen) Luftbewegung (Restgasrauschen) Wärmebewegung (thermisches Rauschen) Lichtdruck (Strahlungsdruckrauschen) Meßverfahren (Schrotrauschen) Heisenbergsche Unschärfe (Quantenrauschen)

= alles, was das tatsächliche Signal überdeckt

oder was ein GW-Signal vortäuscht

56

GEO600 – Strahlengang

Nd:YAG-Laser14 W @ 1064 nmcw, stabilisiert TEM00

Power RecyclingSignal Recycling

Umlaufende Lichtleistung: 10 kW

Ultrahochvakuum: p < 10–7 Pa

57

Vakuumsystem

N-Rohr

O-Rohr

Laser

Moden- filter

Signal

Zentralgebäude

Optik und Elektronik sind inEdelstahltanks untergebracht;die Meßstrecke verläuft in einem Rohr

Aufhängung der opt. Komponentenin Form von Mehrfach-Pendeln an

Quarzglasfasern (‚monolithisch‘)

Q ~ 108

Dreifach-pendel

58

“Duales Recycling”Spiegel

Spiegel

Strahl- teiler

Laser

Signal

SR-Spiegel

PR-Spiegel

Nullmethode: dunklerAusgang alles Lichtläuft zurück zum Laser Recycling !

gwLS fff

Die Gravitationswelle moduliertdie Laserfrequenz:

Die Seitenbänder verlassen dasInterferometer am Ausgang. Signal-Recycling-Spiegel und Inter-ferometer bilden einen Resonator,der die Seitenbänder verstärkt.

Power-Recycling-Spiegel und Interferometer bildeneinen Resonator, der dieumlaufende Lichtleistungverstärkt.

1000 x100 x

59

Time

Abstimmbares Signal-RecyclingSpezialität von GEO600: Die Resonanzfrequenz hängt vonPosition des Recycling-Spiegels ab, die Bandbreite von der Reflektivität des Spiegels.

Breitband-Betrieb mit Signal-Recycling

Schrot-rauschen

60

LIGO-Empfindlichkeit

Mai 01

Jan 03

61

Interferometrische GW-Observatorien

VIRGO, Cascina (Italien)Armlänge: 3 km

TAMA 300, Tokio (Japan)Armlänge: 300 m

LIGO 1, Hanford, WA (USA)Armlänge: 2 und 4 km

LIGO 2, Livingston, LA (USA)Armlänge: 4 km

GEO600, Ruthe (Deutschland)Armlänge: 600 m

2002

2005

20022000

LIGO Scientific Collaboration

f ~ 40 ... 2000 Hzh ~ 10–19 ... 10–20

62

Datenrate: 50 GB/Tag

Beginn der DatenaufnahmeS1: 28.12.2001 - 14.1.2002

Erster Testlauf von GEO 600 zusammen mit LIGO 1 + 2 (USA).

Aufzeichnung desGW-Signals und des Detektorzustands(alle Regelsignale, Umwelt, Zeitbasis, ...)

Nächste Messungen:S4 im Januar 2005

63

Datenauswertung

FourieranalyseKreuzkorrelationsanalyseoben: Signal + RauschenMitte: Modell des Signalsunten: Kreuzkorrelation (Optimal-Filter-Analyse)

1 Jahr Integrationszeit erhöht dasS/R-Verhältnis um den Faktor 300.

Zeitbereich

Frequenzbereich

64

GW-Impulse: Ablauf der Auswertung

Roh-datenMI 1

Apparate-funktion

Vorfilter DatenMI 1

Ereignis-filter

Diagnostik-filter

DatenMI 2MI 3

MöglicheEreignisse

SimulierteDaten

Signal >Schwelle ?

Vergleich

System ?Umwelt ?

Hochpassf > 150 Hz

+ Bleichfilter

f

S

Koinzidenzinnerhalb ∆t ?

Daten mitweißem Rauschen

∆ [s]

N

J. Weber 1970

65

Impuls-quellen

“chirps”

periodischeSignale

stochastischeSignale

Supernovae in der Milchstraßeund unbekannte Quellen

Verschmelzende kompakte Binärsysteme

PulsareSuche nach bekannten NS

Kosmischer Hintergrundvon Urknall und Inflation

Analyse der ersten Messungen (S1)

66

Liste der Mitarbeiterder LIGOScientificCollaboration

Bisher keine Entdeckung, aber bessere Obergrenzen

67

Z.B.: kosmische Hintergrundstrahlung

)(ln1)( gw

critgw fd

df

• Garching-Glasgow Prototypen (1994):• EXPLORER-NAUTILUS Zylinder (1999):• LIGO H2-L1 (2002):• LIGO – GEO600 - erwartet:• Advanced LIGO - erwartet:• LISA - erwartet:

520gw 103)( hf

60)( 20gw hf

23)( 20gw hf

520gw 10)( hf

920gw 105)( hf

5gw

14 1010 Einfache Inflation Nukleosynthese

00 Mpckm/s100 hH

1220gw 10)( hf

GH

83 2

0crit

68

Die Zukunft der Interferometer Ausbau von LIGO und GEO600 zur geplanten Empfindlichkeit (2005) Start von VIRGO (2005)

Start von LCGT, Japan (2007)

Detektoren der 2. Generation: Advanced LIGO (2008), EURO (2008)

2110h

2210h

Hz 5min f

2210h

69

Signalstärke h

Frequenz f [Hz]

Erdgebundene GW-Detektoren

GW-Detektoren im All L I S A

mHz kHz

Die seismische Wand

70

5 Mio km Armlängeausgelegt für den mHz-Bereich

h ~ 10–24LISA

“Laser Interferometer Space Antenna”

71

LISADrei Satelliten in heliozentrischer Umlaufbahn 20° hinter der Erde

Vorgesehener Start: August 2013Probe-Mission (LISA Pathfinder) : 2008

Einsteins Traum

Gravitationswellensind eine Konsequenz

der AllgemeinenRelativitätstheorie...

... aber der Effekt ist so klein,

daß man sie wohl niebeobachten wird.

In zwei oder drei Jahrenkönnte Einsteins Traum

wahr werden.

Hoffentlich doch...eines

schönen Tages !

73

GEO-Mitarbeiter bei der „S3-Abschlußparty“

C.N. Colacino S. Goßler H. Lück K. Danzmann K. Kötter J. Smith K. Mossavi P. Aufmuth M. Malec M. Hewitson V. Leonhardt I.S. Heng B. Willke H. Grote