Auf der Suche nach dem Anfang des Universums

Entwicklung des Gravitationswellenobservatoriums der nächsten Generation

„Wie viel größer? Würden Sie 10x größer glauben?", fragt Joshua LeBeau, General Vacuum Manager USA bei VAT. „Wenn man die Kosten für die Erweiterung der Interferometer-Vakuumstrahlgehäuse von den derzeitigen Längen von 3 bis 4 km/Arm auf 40 km/Arm hochrechnet, wird klar, dass wir eine breite Palette von Technologien und Materialien untersuchen müssen, die dazu beitragen könnten, die Endkosten der Observatorien der nächsten Generation deutlich zu senken."

Die für die aktuellen LIGO-Systeme entwickelten Vakuumtechnologien – einschließlich der VAT-Vakuumventile – erfüllen die strengen Anforderungen an die Integrität des Vakuums, die extrem geringe Ausgasung von Wasserstoff und schweren Molekülen, die minimale Partikelbildung und die geringe Vibration. VAT war das einzige Vakuumventilunternehmen, das zu dem Workshop eingeladen worden war und spezifisches Vakuumfachwissen zu den Diskussionen beisteuerte.

Neue Projekte in den USA und in Europa

Am Ende des NSF-Workshops waren die Teilnehmer zuversichtlich, dass technische Lösungen entwickelt werden könnten, die sich erheblich auf die Kosten für Entwurf, Bau und Betrieb der riesigen Vakuumsysteme auswirken würden. Sie sind das Herzstück der geplanten Gravitationswellenobservatorien der nächsten Generation. Derzeit werden sowohl beim Cosmic Explorer in den USA als auch beim Einstein-Teleskop in der EU die Ergebnisse des Workshops berücksichtigt.

Mit der erstaunlichen Empfindlichkeit, die um eine Größenordnung höher ist als die der heutigen Observatorien, werden die Observatorien der dritten Generation Gravitationswellenquellen in der gesamten Geschichte des Universums aufspüren. Selbst Quellen, die heute von LIGO kaum entdeckt werden können, werden mit unglaublicher Präzision zu sehen sein. Indem sie die Zahl der entdeckten Quellen enorm erhöhen – bis zu Millionen pro Jahr – und die Klarheit dieser Beobachtungen verbessern, werden diese neuen Observatorien weitreichende Auswirkungen auf Physik und Astronomie haben – von den kleinsten Skalen der Grundlagenphysik bis zu den größten Skalen der Kosmologie.

Eine neue Art, das Universum zu betrachten

„Die Gravitationswellenastronomie, die ursprünglich durch LIGO (und Virgo, ein Partnerobservatorium) ermöglicht wurde, hat einen völlig neuen Blick auf das Universum eröffnet. Die von LIGO erzielten Durchbrüche sind erst der Anfang unserer Suche nach Gravitationswellen", fügt Joshua LeBeau hinzu. „Diese viel größeren Observatorien der dritten Generation – einschließlich der Projekte in den USA und der EU – werden in den nächsten zehn Jahren ein enormes Maß an Forschung und Entwicklung erfordern."

Als Teilnehmer des NSF-Workshops ist VAT ein wichtiger Technologiepartner bei der Entwicklung der sehr großen UHV-Systeme, die für die neuen Gravitationswellenobservatorien benötigt werden. Wir werden in künftigen Berichten über die Fortschritte dieses spannenden neuen wissenschaftlichen Vorhabens berichten.