LEAP

Die Folgen eines erfolgreichen Nachweises von Gravitationswellen (GW) werden immens sein. Ein Nachweis wäre nicht nur eine direkte Bestätigung ihrer Existenz, sondern würde es uns auch erlauben, die Allgemeine Relativitätstheorie auf mehrere neuartige Weisen zu testen. Die wesentliche Komponente für die erfolgreiche Erfassung von GW mit Pulsar-Beobachtungen sind häufige hochpräzise Beobachtungen einer großen Anzahl (ca. 20 bis 30 Objekte) von Millisekunden-Pulsaren mit einer Verteilung über den gesamten Himmel.

Hierzu werden die Ankunftszeiten der Pulse auf der Erde genau erfasst und zum Zählen jeder einzelnen Drehung der Neutronensterne verwendet. Geringfügige Abweichungen von den erwarteten Ankunftszeiten (sogenannte Residuen) sind hierbei leicht erkennbar. Da die Erde und jeder Pulsar ein Paar von Testmassen in der Raumzeit bilden, wird eine solche Abweichung aufgrund einer Raumzeit-Veränderung beim Durchgang einer GW erwartet. Die Stärke des erwarteten Signals ist sehr klein und proportional zur Amplitude der charakteristischen Stauchung der Raumzeit.

Die Kombination der Signale vieler Erd-Pulsar-Paare ermöglicht es uns, ein sogenanntes „Pulsar Timing Array” (PTA) zu bilden. Aufgrund des stochastischen GW-Hintergrunds wird bei der Korrelation dieser Residuen eine charakteristische Signatur, die von den Winkelabständen der PTA-Pulsarpaare am Himmel abhängt, erwartet. Viele über den gesamten Himmel verteilte Erd-Pulsar-Paare sind daher erforderlich, um den GW-Hintergrund zu detektieren.

Trotz der scheinbaren Einfachheit des Experiments ist die zeitliche Präzision, die für den Nachweis von GW benötigt wird, an der Grenze des heute technisch messbaren Limits. Mit dem Large European Array for Pulsars (LEAP), schlagen wir ein neues Beobachtungsverfahren vor, das die Sammelfläche der größten Radioteleskope Europas kombiniert. Dies wird die Empfindlichkeit der Beobachtungen soweit erhöhen, dass der erste direkte Nachweis von GW möglich sein könnte. Die Kombination der Erfahrungen und Ressourcen, die nur in Europa erhältlich sind, erlauben solch ein Unterfangen.

Wir realisieren diese Kombination von Teleskopdaten durch das Aufzeichnen der Signale der Teleskope auf einer großen Anzahl von Festplatten, wenn diese gleichzeitig den gleichen Pulsar beobachten. Diese Festplatten werden dann zum Jodrell Bank Centre for Astrophysics der Universität von Manchester (Vereinigtes Königreich) transportiert, um die Signale aller Teleskopen zu korrelieren. Dadurch werden die Daten, die für das Pulsar Timing verwendet werden können, produziert. Die Teleskope, die an LEAP teilnehmen, bilden damit ein sogenanntes „tied Array” mit der Empfindlichkeit eines einzelnen Teleskops mit etwa 194 m Durchmesser, d.h. einem Teleskop mit der Sammelfläche des Arecibo-Teleskops. Doch im Gegensatz zu Arecibo ist LEAP nicht in der möglichen Beobachtungsrichtung eingeschränkt, und damit das größte voll bewegliche Teleskop der Welt.

Das Projekt basiert auf der sehr erfolgreichen Zusammenarbeit der europäischen Forscher untereinander und der Kombination des Wissens europäischer Forschungsinstitute, wie es so nur in Europa möglich ist. Kein anderer Ort auf der Welt hat eine so große Dichte von 100-m-Klasse-Radioteleskopen, die für dieses Experiment kombiniert werden können.

(Text verändert von http://www.epta.eu.org/leap.html)

Effelsberg (100 m) Bild vergrößern
Effelsberg (100 m)
Jodrell Bank (91 m) Bild vergrößern
Jodrell Bank (91 m)
Nançay (200 m × 40 m) Bild vergrößern
Nançay (200 m × 40 m)
Sardisches Radio-Teleskop (64 m) Bild vergrößern
Sardisches Radio-Teleskop (64 m)
Westerbork (14 × 25 m) Bild vergrößern
Westerbork (14 × 25 m)

Die fünf Radioteleskope der 100-m-Klasse, die zusammen das „Große Europäische Netzwerk für Pulsare” (engl. „Large European Array for Pulsars” (LEAP)) bilden.

 
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