Post on 06-Apr-2016
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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
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SFB/TR 7Gravitationswellenastronomie
Albert-Einstein-InstitutGolm und HannoverUniversität Hannover
Friedrich-Schiller-Universität, Jena
Max-Planck-Institut für AstrophysikGarching
Eberhard Karls UniversitätTübingen
Sonderforschungsbereich / Transregio
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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
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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
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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“
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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ZWEITER TEIL
Quellen von Gravitationswellen
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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.
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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.
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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 !
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Quellen von Gravitationswellen
Supernovae Doppelsternsysteme
Akkretierende Neutronensterne
Kollidierende superschwereSchwarze Löcher
UrknallInflation
die energiereichstenund heftigsten Vorgänge
im Universum
Dunkle Materie
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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)
×
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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:
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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 …
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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
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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]
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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
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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
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GW-Astronomie: Galaxienkerne
Signalform: quasi-periodisch, f ~ 1 mHz
GW-Stärke: h ~ 10-19
Verschmelzung Schwarzer Löcher bei der Kollision zweier Galaxien:
© HST
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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
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DRITTER TEIL
Direkter Nachweis vonGravitationswellen
44
Pionier der Gravitationswellenforschung:
Resonanzantenne („Weber-Zylinder“)
Joseph Weber (1919 – 2000)
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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
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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
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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)
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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
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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)
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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
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GEO600 – Strahlengang
Nd:YAG-Laser14 W @ 1064 nmcw, stabilisiert TEM00
Power RecyclingSignal Recycling
Umlaufende Lichtleistung: 10 kW
Ultrahochvakuum: p < 10–7 Pa
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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