NASA: Teleskop-Prototyp für ehrgeizige LISA-Mission präsentiert – Start in den 2030ern geplant

Die NASA hat den ersten Prototyp der LISA-Teleskope vorgestellt, die ab Mitte der 2030er Jahre Gravitationswellen aus dem All messen sollen. Die Mission, die in Zusammenarbeit mit der ESA abläuft, soll mit den Messungen unser Verständnis des Universums revolutionieren.

LISA wird eine der bahnbrechendsten Unternehmungen in der Astrophysik des nächsten Jahrzehnts sein. Die europäische Weltraummission, die in enger Partnerschaft mit der NASA realisiert wird, soll erstmals Gravitationswellen aus dem Weltraum aufzeichnen. Gravitationswellen sind Erschütterungen der Raumzeit, die durch kosmische Ereignisse wie die Kollisionen von schwarzen Löchern verursacht werden. Nun wurde der Prototyp eines der Teleskope vorgestellt.

LISA (Laser Interferometer Space Antenna) besteht aus einem Raumsonden-Netzwerk von drei Sonden, die in einem gleichseitigen Dreieck in einem Abstand von etwa 2,5 Millionen Kilometern (1,6 Millionen Meilen) voneinander im Weltraum platziert werden. Die Sonden sind durch Laserstrahlen verbunden, die als Interferometer dienen. Wenn Gravitationswellen durch den Raum reisen, verursachen sie winzige Änderungen im Abstand zwischen den Sonden, die LISA messen kann.

Der Prototyp wurde von NASA-Technikern entwickelt und soll die Lasermessungen an Bord der Satelliten unterstützen. Das Gerät verfügt über eine goldbeschichtete Spiegeloberfläche und einer bernsteinfarbenen Glaskeramik namens Zerodur der deutschen Firma Schott aus Mainz. Das Material ist extrem temperaturbeständig und erlaubt hochpräzise Messungen. Das Teleskop selbst wurde von der Firma L3Harris Technologies in New York gebaut und im Goddard Space Flight Center in Maryland getestet.

Das Besondere an LISA

Während bodengestützte Detektoren wie LIGO und Virgo auf hochfrequente Gravitationswellen fokussiert sind (10 Hz bis 1000 Hz), wird LISA in der Lage sein, niederfrequente Wellen zu messen (zwischen 0,1 mHz und 1 Hz). Die Wellen, nach denen LISA suchen wird, haben eine viel größere Wellenlänge, was Objekten in viel weiteren Umlaufbahnen und möglicherweise viel schwereren Objekten entspricht als denen von LIGO.

LISA wird aus einem Dreieck von drei Satelliten bestehen, die über etwa 2,5 Millionen Kilometer (1,6 Millionen Meilen) voneinander entfernt sind und mit Laserstrahlen die Veränderungen in ihren Abständen messen, die durch Gravitationswellen verursacht werden. Die Satelliten werden sich in einer Umlaufbahn hinter der Erde bewegen und während einer zehnjährigen Mission Daten sammeln. Das Projekt wurde bereits 2017 von der ESA als L3-Mission festgelegt und ist nun auf den Start im Jahr 2034 ausgelegt.

„Zwillingsteleskope an Bord jeder Raumsonde werden Infrarot-Laserstrahlen senden und empfangen, um ihre Begleiter zu verfolgen, und die NASA stellt alle sechs Teleskope für die LISA-Mission zur Verfügung“, erklärt Ryan DeRosa, Forscher am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Der Prototyp, das so genannte Engineering Development Unit Telescope, wird uns beim Bau der Flug-Hardware helfen.“

Gravitationswellen stammen von massiven kosmischen Objekten, beispielsweise von sich drehenden Paaren supermassiver schwarzer Löcher, die Milliarden Sonnenmassen erreichen können. Die Wellen können aufgrund der Erdatmosphäre und des Rauschens auf der Erde nicht erfasst werden, weshalb eine Beobachtung im Weltraum notwendig ist.

Spektrum der Gravitationswellen mit geeigneten Detektoren. Bild: NASA

Die LISA-Mission basiert auf der erfolgreichen Mission LISA Pathfinder, bei der bereits wichtige Schlüsseltechnologien getestet wurden, beispielsweise Mikronewton-Gasdüsen zur exakten Positionierung von Satelliten. Die Düsen können Objekte im Weltraum extrem präzise halten, was notwendig ist, um die winzigen, durch Gravitationswellen verursachten Veränderungen zu erfassen. LISA Pathfinder konnte bereits minimale Erschütterungen im Bereich von 20 µHz (0.00002 Hz) messen.

Die Bedeutung von LISA

Mit LISA erhoffen sich die Wissenschaftler nun, einen tiefen Einblick in das frühe Universum zu gewinnen und erstmals das Echo des Urknalls direkt zu beobachten. Auch Kollisionen von schwarzen Löchern und Neutronensternen sowie andere exotische Phänomene sollen besser untersucht werden.

Die Mission könnte unser Verständnis der Schwerkraft und der Struktur des Universums revolutionieren und eine neue Sicht auf die „dunklen“ Bereiche der Kosmologie eröffnen, womit unter anderem dunkle Materie und dunkle Energie gemeint sind. Die Mission steht für den Beginn eines neuen Zeitalters der Astronomie, in dem Gravitationswellen ebenso routinemäßig untersucht werden wie Licht und elektromagnetische Strahlung.

Damit wird die LISA-Mission wahrscheinlich eine der ehrgeizigsten wissenschaftlichen Unternehmungen der kommenden Jahrzehnte sein. Die neu gewonnenen Erkenntnisse könnten unser Bild vom Universum grundlegend verändern.