Mondbahn als Gravitationswellendetektor vorgeschlagen

Forscher der UAB, des IFAE und des University College London schlagen vor, die Abstandsänderungen zwischen Erde und Mond, die mit einer Genauigkeit von weniger als einem Zentimeter gemessen werden können, als neuen Gravitationswellendetektor in einem Frequenzbereich zu nutzen, der mit aktuellen Geräten nicht möglich ist erkennen. Die Forschung, die den Weg für die Erkennung von Signalen aus dem frühen Universum ebnen könnte, wurde kürzlich in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung.

Gravitationswellen, Anfang des 20. Jahrhunderts von Albert Einstein vorhergesagt und 2015 erstmals nachgewiesen, sind die neuen Boten der gewaltigsten Prozesse im Universum. Die Gravitationswellen-Detektoren scannen verschiedene Frequenzbereiche, ähnlich wie beim Einstellen eines Radiosenders ein Zifferblatt bewegt wird. Dennoch gibt es Frequenzen, die mit aktuellen Geräten nicht abgedeckt werden können und die möglicherweise Signale enthalten, die für das Verständnis des Kosmos von grundlegender Bedeutung sind. Ein besonderes Beispiel sind Mikrohertzwellen, die zu Beginn unseres Universums erzeugt worden sein könnten und selbst für die fortschrittlichste Technologie, die heute verfügbar ist, praktisch unsichtbar sind.

In einem kürzlich in der Zeitschrift erschienenen Artikel Briefe zur körperlichen Überprüfung, Die Forscher Diego Blas vom Institut für Physik der Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) und des Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) und Alexander Jenkins vom University College London (UCL) weisen darauf hin, dass ein natürlicher Gravitationswellendetektor existiert in unserer unmittelbaren Umgebung: das Erde-Mond-System. Die Gravitationswellen, die ständig auf dieses System treffen, erzeugen winzige Abweichungen in der Umlaufbahn des Mondes. Obwohl diese Abweichungen winzig sind, planen Blas und Jenkins, die Tatsache auszunutzen, dass die exakte Position des Mondes mit einem Fehler von höchstens einem Zentimeter bekannt ist, dank der Verwendung von Lasern, die von verschiedenen Observatorien gesendet werden und kontinuierlich von eingeschalteten Spiegeln reflektiert werden die Oberfläche des Mondes durch die Apollo-Weltraummission und andere. Diese unglaubliche Präzision, mit einem Fehler von höchstens einem Milliardstel eines Teils, ermöglicht möglicherweise die Entdeckung einer kleinen Störung, die durch alte Gravitationswellen verursacht wurde. Die Umlaufbahn des Mondes dauert etwa 28 Tage, was eine besonders relevante Empfindlichkeit für Mikrohertz bedeutet, an dem die Frequenzbereiche der Forscher interessiert sind.

In ähnlicher Weise schlagen sie auch vor, die Informationen zu verwenden, die andere Binärsysteme im Universum als Gravitationswellendetektoren liefern könnten. Dies ist der Fall bei Pulsar-Binärsystemen, die über die Galaxie verteilt sind, Systeme, bei denen der Strahlungsstrahl des Pulsars es ermöglicht, die Umlaufbahn dieser Sterne mit unglaublicher Präzision (mit einer Genauigkeit von einem Millionstel) zu ermitteln. Da diese Umlaufbahnen etwa 20 Tage dauern, sind sie besonders stark vom Passieren von Gravitationswellen im Mikrohertz-Frequenzbereich betroffen. Blas und Jenkins kamen zu dem Schluss, dass diese Systeme auch potenzielle Detektoren für diese Art von Gravitationswellen sein könnten.

Mit diesen „natürlichen Detektoren“ im Mikrohertz-Frequenzbereich konnten Blas und Jenkins eine neue Form der Untersuchung von Gravitationswellen vorschlagen, die vom fernen Universum ausgestrahlt werden. Insbesondere diejenigen, die durch das mögliche Vorhandensein von Übergängen in hochenergetischen Phasen des frühen Universums erzeugt werden, die häufig in vielen Modellen zu sehen sind.

„Am interessantesten ist vielleicht, dass diese Methode zukünftige ESA/NASA-Missionen wie LISA und Observatorien, die am Square Kilometre Array (SKA)-Projekt teilnehmen, ergänzt, um eine nahezu vollständige Abdeckung der Gravitationswellen von Nanohertz (SKA) zu erreichen. bis in den Frequenzbereich von Centihertz (LIGO/VIRGO). Diese Abdeckung ist entscheidend, um ein genaues Bild der Entwicklung des Universums sowie seiner Zusammensetzung zu erhalten“, erklärt Diego Blas. „Die Abdeckung des Mikrohertz-Frequenzbereichs ist eine Herausforderung, die jetzt möglicherweise machbar ist, ohne dass neue Detektoren gebaut und nur die Umlaufbahnen von Systemen beobachtet werden müssen, die wir bereits kennen. Diese Verbindung zwischen grundlegenden Aspekten des Universums und alltäglicheren Objekten ist besonders faszinierend und kann schließlich zur Entdeckung der frühesten Signale führen, die wir je gesehen haben, und somit unser Wissen über den Kosmos verändern“, schließt er.