Gravitationswellen-Astronomie
Die Abteilung trägt zur Realisierung von LISA bei und unterstützt Experimente und Studien um eine potenzielle Mission „über LISA hinaus“ in den 2050er Jahren zu ermöglichen.
Die LISA-Mission
Die Hauptaufgabe der Abteilung wird es sein, die LISA-Mission zusammen mit der Abteilung von Karsten Danzmann so schnell und effizient wie möglich zu verwirklichen. Dies wird in enger Zusammenarbeit mit Raumfahrtbehörden und Partnern im LISA-Konsortium geschehen, um einen Start in den frühen 2030er Jahren zu ermöglichen.
Die Abteilung wird die LISA-Beiträge des Instituts aktiv unterstützen, beispielsweise bei der Entwicklung des Phasenmeters, einer der wichtigsten Hardwarekomponenten der Mission.
In Zusammenarbeit mit dem Centre national d'études spatiales (CNES) wird das AEI das Interferometry Detection System (IDS) von LISA entwickeln, das eine der Kernkomponenten der Mission darstellt.
Ein Hardware-in-the-Loop-Simulator
Ein weiteres LISA-Forschungsprojekt der Abteilung ist die Entwicklung eines Hardware-in-the-Loop-Simulators, der auf den Prinzipien basiert, die mit dem LISA-Interferometer-Simulator der University of Florida (UFLIS) gezeigt wurden. Er wird es ermöglichen, die Feinheiten des LISA-Interferometrie-Messsystems mit simulierten, möglichst realistischen Signalen zu erforschen und könnte sich zum Testen von Hardwarekomponenten der Mission verwenden lassen.
Der UFLIS bereitete den Weg, indem er elektronische Phasenverzögerungseinheiten, variable Doppler-Verschiebungen und simulierte Gravitationswellensignale zur Erzeugung künstlicher LISA-Signale bereitstellte. Der Einsatz moderner Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) und digitaler Signalverarbeitungssysteme, die um Größenordnungen leistungsfähiger sind als die in UFLIS verwendeten, wird es ermöglichen, nahezu realistische LISA-Signale zu simulieren und dabei auf elektronische Phasenverzögerungseinheiten, variable Doppler-Verschiebungen, Uhrsignale, Methoden zur Entfernungsmessung, einen Katalog von Gravitationswellensignalen und viele andere Effekte zurückzugreifen.
Ein wichtiger Vorteil des Hardware-in-the-Loop-Simulators besteht darin, dass er ein hervorragendes Ausbildungswerkzeug für die nächste Generation von Studierenden, Ingenieur:innen und Wissenschaftler:innen bietet. Darüber hinaus wird dieses umfassende Training mit einer simulierten vollständigen Mission und all ihren Details sowohl bei den Tests vor dem Start als auch bei der Inbetriebnahme des LISA-Interferometers im All helfen.
Zudem wird der Simulator unseren Forschenden dabei helfen, Erfahrungen zu sammeln, um eine potenzielle Mission „über LISA hinaus“ zu entwerfen und daran zu arbeiten.
Über LISA hinaus
Die Abteilung wird die Technologieentwicklung und -förderung für ein LISA-ähnliche Mission der nächsten Generation unterstützen, die Gravitationswellen bei höheren Dezi-Hertz-Frequenzen, d. h. im Bereich von 0,01 bis 1 Hz, aufspüren könnte.
Eine solche Mission kann davon profitieren, dass LISA Pathfinder die hervorragende Leistung des Gravitationsreferenzsensors demonstriert hat, der die LISA-Anforderungen um etwa eine Größenordnung übertraf. Potenzielle Missionsentwürfe mit notwendigerweise kürzeren Armen werden jedoch erhebliche Verbesserungen beim interferometrischen Messsystems und dem Phasenauslesen erfordern, um ein wesentlich niedrigeres Schrotrauschen zu erreichen.
Die Abteilung plant ein Forschungsprogramm, um diese Herausforderungen anzugehen.