Einstein-Teleskop

Das Einstein-Teleskop (englisch Einstein Telescope) ist ein Konzept für einen zukünftigen Gravitationswellendetektor. Der Aufbau soll dabei existierenden Detektoren wie LIGO ähneln, das Einstein-Teleskop soll als dritte Generation von Gravitationswellendetektoren aber wesentlich genauer werden. Der Detektor kann viele Quellen von Gravitationswellen finden sowie die allgemeine Relativitätstheorie in Systemen mit starken Gravitationsfeldern präziser vermessen.

Das Konzept wurde vor allem im Rahmen des siebten Forschungsrahmenprogramms der Europäischen Kommission untersucht.

Vergleich mit anderen Detektoren

Gravitationswellen wurden erstmals 2015 von Advanced LIGO nachgewiesen. aLIGO gehört zusammen mit Advanced Virgo und KAGRA zur zweiten Generation von Gravitationswellendetektoren – empfindlich genug, um die stärksten Signale zu sehen, aber noch nicht empfindlich genug für Präzisionsmessungen. Die Genauigkeit ist vor allem durch Rauschen begrenzt, durch seismisches Rauschen sowie durch thermische Bewegung der optischen Elemente. Auch die Laserleistung limitiert die Genauigkeit. Das Einstein-Teleskop soll in all diesen Bereichen besser werden als seine Vorgänger. Es soll Gravitationswellen von sehr viel weiter entfernten Ereignissen aufspüren als das bisher möglich ist und neue Erkenntnisse zur Entstehungsgeschichte des Universums liefern.^[1]

Entwurf

Das Einstein-Teleskop soll unterirdisch in einer Tiefe von 200 bis 300 m gebaut werden, mit drei 10 km langen Armen in einem Dreieck, die gleiche Geometrie wie LISA. Jeweils zwei Arme zusammen werden für zwei Interferometer genutzt, insgesamt ergeben sich somit sechs Detektoren. Drei davon werden auf die Messung niedriger Frequenzen (2 bis 40 Hertz) optimiert, drei auf höhere Frequenzen.^[2]

Unterirdisch ist das seismische Rauschen geringer als an der Oberfläche. Um das thermische Rauschen zu reduzieren, werden die optischen Elemente der Interferometer für niedrige Frequenzen auf 10 Kelvin gekühlt. Der Hochfrequenz-Teil des Einstein-Teleskops soll eine wesentlich höhere Laserleistung besitzen als seine Vorgänger.

Geplante Standorte

Bisher wurde noch kein Standort für das Teleskop ausgewählt. Unter anderem ist die Euregio Maas-Rhein im Gespräch und in Maastricht wurde dazu 2021 die Probe-Installation ETpathfinder gebaut, die geleitet wird vom deutschen Experimentalphysiker Stefan Hild.^[3] Außerdem wird als Standort die Lausitz vorgeschlagen, das dort bei Gründung des Deutschen Zentrums für Astrophysik (DZA)^[4] im Rahmen eines Ideenwettbewerbs des BMBF^[5] entstehen soll. Aber auch andere Standorte wie Sardinien und Ungarn werden in Erwägung gezogen.^[6]

ETpathfinder

Als Vorbereitung für das Einstein-Teleskop-Projekt wurde zunächst ETpathfinder gebaut, ein verkleinerter Prototyp. Der Mini-Detektor steht an der Universität Maastricht und hat eine Armlänge von nur 20 m, Gravitationswellen können damit nicht gemessen werden. An der Versuchsanlage sollen verschiedene Technologien zur Erstausstattung des endgültigen Observatoriums entwickelt und erprobt werden.

Teilnehmer

Innerhalb des European Framework Programms (FP7) nehmen die führenden 8 europäischen Institute der Gravitationswellenforschung, koordiniert durch das European Gravitational Observatory teil:^[7]