LISA, die Laser-Interferometer-Weltraumantenne, hat eine umfassende Überprüfung bestanden: Das gesamte Konzept – von der Definition der Gesamtmission und des Betriebs bis hin zur zu bauenden Weltraumhardware – hat der intensiven Prüfung durch die Prüfer der ESA standgehalten.
Nun hat das Science Program Committee (SPC) der Raumfahrtbehörde bestätigt, dass LISA ausreichend ausgereift ist und die Missionsentwicklung wie geplant voranschreiten kann. LISA soll Mitte der 2030er Jahre in die Umlaufbahn gehen.
Karsten Danzmann, Leiter des LISA-Konsortiums, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und Leibniz-Universität Hannover, sagte: „Mit der Adoptionsentscheidung ist LISA nun fest im Missionsprogramm der ESA verankert. Wir freuen uns darauf, LISA in enger Zusammenarbeit zu realisieren.“ von ESA, NASA, ESA-Mitgliedsstaaten und dem größeren LISA-Konsortium.“
Carole Mundell, Wissenschaftsdirektorin der ESA, sagte: „Diese bahnbrechende Mission wird uns auf die nächste Ebene in einem wirklich spannenden Bereich der Weltraumwissenschaft bringen und europäische Wissenschaftler an der Spitze der Gravitationswellenforschung halten.“
Die erfolgreiche Mission Adoption Review von LISA und die Annahme durch das Wissenschaftsprogrammkomitee der ESA am 25. Januar bildeten den offiziellen Abschluss der Studienphase. LISA geht nun in die Umsetzungsphase über.
Das Vereinigte Königreich ist maßgeblich an der LISA-Mission beteiligt und leistet einen wesentlichen Beitrag zur Instrumentenhardware sowie zur Datenverarbeitung und -analyse vor Ort. Die UK Space Agency (UKSA) hat einer Teilnahme an der Mission grundsätzlich zugestimmt.
Das UK Astronomy Technology Centre (UK ATC) leitet in Zusammenarbeit mit der University of Glasgow den britischen Hardware-Beitrag zu LISA – dem Design und der Konstruktion der ultrapräzisen optischen Bänke, die das Herzstück jedes LISA-Raumfahrzeugs bilden.
Die optischen Bänke senden und empfangen Laserstrahlen zwischen der Raumsonde LISA und kombinieren sie, um Signale zu erzeugen, die die Signaturen von Gravitationswellen enthalten. Das britische Team hat ein innovatives Robotersystem entwickelt, das sie bei der Konstruktion unterstützt.
Ihre Arbeit wird auf dem von der Universität Glasgow geleiteten Entwurf und Bau der optischen Bank für die LISA Pathfinder-Mission aufbauen, die 2015 ins All gestartet wurde, um die Technologie vor der vollständigen LISA-Mission zu testen. Der Erfolg von LISA Pathfinder, der die Erwartungen übertraf, trug dazu bei, den Weg für den Abschluss der Mission Adoption Review zu ebnen.
Ewan Fitzsimons, Hauptforscher für den britischen Hardware-Beitrag zu LISA bei UK ATC, sagte: „Die Einführung von LISA ist ein sehr aufregender Moment für uns, und es ist fantastisch zu sehen, wie die Mission in die Implementierungsphase übergeht und uns dem Start einen Schritt näher bringt.“ „Die einzigartige Roboterintegrationstechnologie, die unser Team entwickelt hat, hat unsere Fähigkeit, die optischen Bänke zu konstruieren, die für die Entschlüsselung der Geheimnisse der Gravitationswellen im Weltraum entscheidend sind, verändert.“
Prof. Harry Ward von der School of Physics & Astronomy der University of Glasgow leitete die Entwicklung der optischen Bank für LISA Pathfinder, die dem Glasgower Team 2016 den Sir Arthur Clarke Award für Weltraumleistungen in akademischen Studien/Forschung einbrachte. Er spielte eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung des geplanten Beitrags des Vereinigten Königreichs zu LISA.
Er sagte: „Ich freue mich, dass die jahrzehntelange Forschungs- und Entwicklungsarbeit an LISA und LISA Pathfinder, die hier im Vereinigten Königreich, in ganz Europa und in den USA durchgeführt wurde, zu dem entscheidenden Meilenstein der Missionsannahme geführt hat.“
„Die LISA-Mission wird eine aufregende neue Möglichkeit eröffnen, Gravitationswellen im Weltraum zu entdecken, die hier auf der Erde unmöglich zu entdecken wären, und es uns ermöglichen, mehr über bisher verborgene Aspekte des Universums zu erfahren. Ich freue mich auf das LISA-Team an der Universität.“ Das Institut für Gravitationsforschung spielt eine wichtige Rolle bei der Konstruktion der optischen Systeme, die das Herzstück von LISA bilden werden.“
Wissenschaftler der University of Birmingham, der University of Glasgow, der University of Portsmouth, der University of Southampton und der University of Cambridge arbeiten im Rahmen des LISA Science Ground Segments an der Bewältigung wichtiger Herausforderungen bei der Analyse und Simulation von LISA-Daten.
Da es sich um eine einzigartige Mission handelt, wird die Entwicklung robuster Methoden zur Extraktion von Gravitationswellensignalen aus den Daten und zum Verständnis ihrer Eigenschaften für die Maximierung des wissenschaftlichen Nutzens der Mission von entscheidender Bedeutung sein.
Alberto Vecchio, Professor für Astrophysik an der Universität Birmingham und leitender Forscher des britischen Beitrags zum LISA Science Ground Segment, sagte: „LISA ist ein einzigartiges Weltraumobservatorium, das die Entwicklung des Universums durch die Verfolgung der Paarung und Verschmelzung präzise kartiert Schwarze Löcher mit Tausenden bis Millionen Sonnenmassen.
„LISA wird diese kosmischen Tänze bis an den Rand des Universums enthüllen und Zehntausende kompakter Objekte entdecken, von denen wir heute nichts wissen. Das wird eine atemberaubende Reise durch den Kosmos mit so vielen Überraschungen. Seit vielen Jahren Großbritannien war führend bei der Modellierung von Gravitationswellenquellen und der Entwicklung anspruchsvoller Analysetechniken für die Mission und wir freuen uns, mit unseren Kollegen aus der ganzen Welt zusammenzuarbeiten, um LISA zu einem Erfolg zu machen.“
LISA wird das erste Gravitationswellenobservatorium im Weltraum sein. Es wird aus drei Raumschiffen bestehen, die mit derselben Rakete gestartet werden. Während ihrer 18-monatigen Reise zu ihrem neuen Zuhause, 60 bis 70 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, werden die Raumsonden auseinanderdriften, bis sie ihre endgültigen Positionen erreichen und ein gleichseitiges Dreieck im Abstand von 2,5 Millionen Kilometern bilden.
Diese drei Raumsonden werden Laserstrahlen untereinander weiterleiten. Die Signale werden kombiniert, um nach Gravitationswellensignaturen zu suchen, die von Verzerrungen der Raumzeit herrühren.
LISA wird Gravitationsstrahlung im noch unerforschten Bereich zwischen 0,1 MHz und 1 Hz erfassen, Wellen, die von bodengestützten Detektoren nicht erfasst werden können.
Wellen in diesem Frequenzbereich entstehen bei der Kollision und Verschmelzung zweier massiver Schwarzer Löcher, die eine Million oder mehr Mal schwerer als unsere Sonne sind und in den Zentren entfernter, sich noch bildender Galaxien lauern. LISA wird auf diese Verschmelzungen in der Geschichte des Universums aufmerksam reagieren und direkt den noch unbekannten Ursprung und das Wachstum massiver Schwarzer Löcher untersuchen.
Einzigartig bei LISA ist die Erkennung von Gravitationswellen von stellaren Schwarzen Löchern, die um massive Löcher in galaktischen Kernen wirbeln, um die Geometrie der Raumzeit zu untersuchen und die Schwerkraft in ihren Grundlagen zu testen. LISA wird auch eine große Anzahl binärer und mehrfach kompakter Objekte in unserer Milchstraße entdecken, um uns etwas über die binäre Sternentwicklung zu verraten und die Galaxie jenseits des galaktischen Zentrums zu „sehen“, einschließlich vieler Objekte, die für alle anderen astronomischen Instrumente unsichtbar sind.
Kurz gesagt: Indem LISA nur die Schwerkraft als Signale nutzt, wird es unser Wissen über den Anfang, die Entwicklung und die Struktur unseres Universums ergänzen.
Die zugrunde liegende Messtechnologie von LISA wurde mit der LISA Pathfinder (LPF)-Mission der ESA, an der die NASA beteiligt war, erfolgreich im Weltraum demonstriert. LPF hat gezeigt, dass es möglich ist, Testmassen in erstaunlichem Maße im freien Fall zu platzieren, und dass die für LISA erforderliche exquisite Messtechnik den Anforderungen entspricht.