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Ausgewählt: The Gravitational Universe – Das gravitative Universum

Ausgewählt: The Gravitational Universe – Das gravitative Universum

ESA hat über nächste große Missionskonzepte entschieden

28. November 2013

The Gravitational Universe – Das gravitative Universum ist eines von zwei Missionszielen, die die Europäische Raumfahrtagentur ESA mit ihren nächsten großen (L-Class) Missionen erforschen will – das wurde heute vom Science Programme Committee (SPC) der ESA entschieden.
Die geplante LISA-Mission wird Gravitationswellen im Weltall messen. Sie besteht aus drei Satelliten im Abstand von Millionen von Kilometern. Mittels Laserlicht werden die Forscher die winzigen Abstandsänderungen messen, die vorbeirasende Gravitationswellen erzeugen. Bild vergrößern
Die geplante LISA-Mission wird Gravitationswellen im Weltall messen. Sie besteht aus drei Satelliten im Abstand von Millionen von Kilometern. Mittels Laserlicht werden die Forscher die winzigen Abstandsänderungen messen, die vorbeirasende Gravitationswellen erzeugen. [weniger]

Als Mission für die Untersuchung des Gravitational Universe wurde eLISA vorgeschlagen, die „evolved Laser Interferometer Space Antenna“. eLISA unterscheidet sich von jedem anderen Weltraumobservatorium, denn die Mission soll das Universum in einer neuen und einzigartigen Weise erforschen: eLISA wird Gravitationswellen messen und damit energiereiche Vorgänge im gesamten Universum hören können. Mit der weltraumgestützten Beobachtung von Gravitationswellen werden grundlegende astrophysikalische Fragen zur Entwicklung des Universums unmittelbar nach dem Urknall sowie zur Physik und Entwicklung in späteren Stadien beantwortet werden können. eLISA soll als dritte große L-Class-Mission nach JUICE und Athena ins All starten.

„Wir sind sehr glücklich über diese Entscheidung. Sie bietet uns revolutionäre Forschungsmöglichkeiten in der Astrophysik und in der Grundlagenphysik,“, sagt Prof. Dr. Karsten Danzmann, nominierter Sprecher der eLISA-Mission, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) und Professor an der Leibniz Universität Hannover zu dieser Entscheidung. „Wir werden sofort beginnen, die bereits für eLISA entwickelten Technologien weiter zu optimieren. Schon 2015 werden wir diese Schlüsseltechnologien während der ESA-Mission LISA Pathfinder im Weltraum testen“, so Danzmann weiter.

Ein Gravitationswellen-Observatorium im All wird die Signale hören, die von den ersten Schwarzen Löchern erzeugt wurden, wird ihr Wachstum und ihre Entwicklung verfolgen und die Entwicklung von Galaxien untersuchen. Bild vergrößern
Ein Gravitationswellen-Observatorium im All wird die Signale hören, die von den ersten Schwarzen Löchern erzeugt wurden, wird ihr Wachstum und ihre Entwicklung verfolgen und die Entwicklung von Galaxien untersuchen. [weniger]

Die Beobachtung der Gravitationswellen im All wird weitreichende Erkenntnisse zu den Grundlagen der Gravitation ermöglichen und helfen, die Allgemeine Relativitätstheorie besser zu verstehen. Albert Einstein sagte die Existenz von Gravitationswellen 1916 im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie erstmals voraus. Mit einem Gravitationswellenobservatorium im Weltraum werden die Wissenschaftler nun auch das für andere astronomische Methoden unzugängliche frühe Universum beobachten können. Dabei werden sie Gravitationswellen hören, die von frühen Schwarzen Löchern, tausenden Doppelsternsystemen und vielleicht sogar dem Urknall selbst stammen. Sogar die rätselhafte Dunkle Energie könnte eLISA untersuchen, denn erstmals würden Wissenschaftler erforschen, wie sich die Gravitationswellen früher Schwarzer Löcher der Entwicklung des Universums folgend ausdehnen.

Die vorgeschlagene eLISA-Mission wird die bestehenden und geplanten erdgebundenen Gravitationswellen-Observatorien ergänzen. Erdgebundene wie Weltraumobservatorien suchen nach Gravitationswellen, winzigen Kräuselungen in der Struktur der Raumzeit, verursacht von den kraftvollsten kosmischen Ereignissen im Universum, beispielsweise verschmelzenden Schwarzen Löchern. Gravitationswellen transportieren Informationen über ihren Ursprung und über die Natur der Gravitation, die nicht mit anderen astronomischen Beobachtungsmethoden erfasst werden können – das macht sie zu wertvollen Forschungsobjekten.

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Hintergrundinformationen

The Gravitational Universe – Das gravitative Universum
In den letzten 100 Jahren haben wir enorm viel über unser Universum gelernt. Wir verstehen die Lebenszyklen der Sterne, die Strukturen von Galaxien, das Nachglühen des Urknalls und wir verstehen grundsätzlich, wie sich das Universum entwickelte. Mit der Beobachtung des Universums im elektromagnetischen Spektrum sind wir sehr weit gekommen. Doch der Motor hinter vielen Prozessen im Universum ist die Gravitation. Wie dieser Motor jedoch eigentlich arbeitet, liegt noch im Dunkeln – denn Gravitation sendet keine elektromagnetische Strahlung aus. Wenn es uns gelingt, das Fenster zum gravitativen Universum zu öffnen, wird uns dies weiter bringen, als alle anderen wissenschaftlichen Alternativen.

Die Gravitation hat ihre eigenen Boten: Gravitationswellen, winzige Kräuselungen in der Struktur der Raum-Zeit. Sie reisen nahezu ungehindert durch das Universum, berichten von den Keimzellen der ersten Schwarzen Löcher bei Rotverschiebungen von bis z ~ 20. Wir können das Universum dann also sehr früh, noch vor der Epoche der kosmischen Re-Ionisierung beobachten.

Mit den von eLISA detektierten Gravitationswellen wird es auch möglich sein, die Masse und Eigendrehung von Schwarzen Löchern mit einer beispiellosen Genauigkeit zu messen und damit ihre gesamte Geschichte über alle Entwicklungsstufen hinweg zur verfolgen. Gleichzeitig wird man mögliche Abweichungen von den Vorhersagen der Allgemeinen Relativität erkennen und eingrenzen können.

eLISA wird als erste Mission das komplette Universum mit Gravitationswellen erforschen. Diese neuen und einzigartigen Boten lassen eLISA das gesamte Weltall gleichzeitig beobachten. Sie gewähren tiefe Einblicke in den dynamischen Kosmos und werden uns helfen, das gravitative Universum zu entschlüsseln. Frühe Prozesse im Bereich der höchsten (TeV-)Energien können so mit bislang unerreichter Genauigkeit beobachtet und tausende neuer Doppelsternsysteme innerhalb unserer Milchstraße entdeckt werden. Künftig wird man also das gesamte Universum erforschen können, von kleinsten Bereichen in Singularitäten und Schwarzen Löchern bis hinauf in kosmologische Maßstäbe.

Das Auswahlverfahren
für die nächsten großen L-Class-Missionen der ESA begann im März 2013 mit einem offiziellen Aufruf der europäischen Weltraumbehörde, wissenschaftlichen Konzepte einzureichen. 32 sogenannte White Papers zu einem breiten Themenspektrum der Weltraumforschung gingen daraufhin bei der ESA ein. Im September 2013 wurden 22 dieser Konzepte dem Senior Survey Committee (SSC) der ESA sowie einer breiten wissenschaftlichen Gemeinschaft präsentiert. Vor diesem Hintergrund wählte das SSC unter seiner Vorsitzenden, Dr. Catherine Cesarsky, die wissenschaftlichen Themen für die nächsten beiden großen Missionen L2 und L3 aus und schlug sie dem Director of Science and Robotic Exploration der ESA, Dr. Alvaro Gimenez vor. Die abschließende Entscheidung für die Themen für die L2- und L3-Missionen fällten heute die Mitglieder des Science Programme Committee (SPC) der ESA.

Die nächsten Schritte
Der nächste große Schritt auf dem Weg zur Erforschung des Gravitational Universe erfolgt 2015 mit dem Start von LISA Pathfinder und dem damit verbundenen Test von eLISA-Schlüsseltechnologien im Weltraum.

Zwischen 2014 und 2020 wird die bereits für eLISA entwickelte Technologie optimiert, gefolgt von der abschließenden Auswahl der Mission und Verpflichtung der internationalen Partner. 2024 wird dann die industrielle Umsetzung beginnen, mit dem Europäischen Konsortium, das auch die Flughardware für LISA Pathfinder liefert. Der Start von eLISA ist für 2034 geplant.

 
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