Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Teilinstitut Hannover

Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Teilinstitut Hannover

Im Jahr 2002 eröffnete in Hannover ein Teilinstitut des Potsdamer Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), das eng mit dem Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover zusammenarbeitet. Gemeinsam spielen sie eine führende Rolle in einem neuen Zeitalter der Astronomie, das am 14. September 2015 mit dem erstmaligen direkten Nachweis von Gravitationswellen begann. Diese winzigen Kräuselungen der Raumzeit künden von kosmischen Großereignissen.

Im Rahmen dieser Forschung ist das Hannoveraner Institut Mitglied der LIGO Scientific Collaboration (LSC), die die Daten der empfindlichsten Gravitationswellen-Observatorien aufzeichnet, und betreibt den deutsch-britischen Gravitationswellen-Detektor GEO600 rund 20 Kilometer südlich von Hannover. GEO600 ist die Technologieschmiede der internationalen Gravitationswellenforschung. Im GEO-Projekt entwickelte und getestete Technologien werden in allen großen Gravitationswellen-Detektoren der Welt eingesetzt. Das Teilinstitut arbeitet eng mit den anderen großen Detektoren zusammen und entwickelt neue Messtechnologien und Konzepte für zukünftige Gravitationswellen-Detektoren. So ist es federführend in der Vorbereitung des Weltraum-Observatoriums LISA, ein wichtiger Partner für die Geodäsiemission GRACE Follow-On und an der Entwicklung des Einstein-Teleskops beteiligt.

Zur Analyse der Messdaten des weltweiten Netzwerks der Gravitationswellen-Detektoren entwickelt das Teilinstitut höchst effiziente mathematische Methoden und implementiert sie auf Supercomputern. Unter anderem betreibt es Atlas, den leistungsfähigsten für die Gravitationswellen-Datenanalyse maßgeschneiderten Computercluster der Welt. Zusammen mit US-Partnern leitet das Hannoveraner Teilinstitut das Rechenprojekt Einstein@Home, bei dem sich Freiwillige aus der aller Welt mit ihren PCs, Laptops oder Smartphones an der Datenanalyse beteiligen.

Kontakt

Callinstr. 38
30167 Hannover
Telefon: +49 511 762-2229
Fax: +49 511 762-2784

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):

IMPRS on Gravitational Wave Astronomy

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren bzw. Direktorinnen und in den Forschungsgruppen.

Abteilung Beobachtungsbasierte Relativität und Kosmologie

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Abteilung Laserinterferometrie und Gravitationswellen-Astronomie

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Abteilung Präzisionsinterferometrie und fundamentale Wechselwirkungen

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Schwarzes Loch mit grellem Begleitstern inmitten anderer Sterne

Forschende entdecken ein System aus Pulsar und unbekanntem Objekt an der Grenze zwischen schwarzem Loch und Neutronenstern

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Beobachtung mehrerer Töne nach einer Verschmelzung Schwarzer Löcher

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Forschende entdecken hunderte neue Gammapulsare

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Vor dem schwarzem Hintergrund des Weltalls ist ein Neutronenstern als kleine rote Kugel skizziert, umgeben von einem deutlich größeren Netz aus Magnetfeldlinien, die den Neutronenstern wie ein Kranz umgeben. Aus der Achse dieses bipolaren Magnetfeldes stößt ein grüner, feiner Strahl.

Mit Einstein@Home und Zooniverse können Bürgerinnen und Bürger von zu Hause aus bisher unbekannte Pulsare identifizieren

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Zur diesjährigen Jahresversammlung der Max-Planck-Gesellschaft sind vom 20. bis 22. Juni über 800 interne und externe Gäste nach Göttingen gekommen. Mit stehender Ovation verabschiedete die Festversammlung Martin Stratmann. Patrick Cramer, der neue Präsident der Max-Planck-Gesellschaft, skizzierte in seiner Antrittsrede die Ziele seiner Amtszeit.

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Eigentlich dürfte es nicht existieren: ein schwarzes Loch mit der 85-fachen Masse unserer Sonne. Doch genau das haben Astronomen aufgespürt. Demnach war dieses Schwergewicht Teil eines Doppelsystems, ehe es mit seinem ebenfalls recht massiven Partner verschmolz. Das dabei ausgelöste Beben der Raumzeit sandte Gravitationswellen aus, welche die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover vor so manches Rätsel stellen.

Die mythische Vorstellung von einem zyklischen All, das im Weltenbrand endet und wiederersteht, fasziniert Menschen seit jeher. Die moderne Urknalltheorie mit einem ewig expandierenden Universum schließt diese Möglichkeit aus. Doch ist hier das letzte Wort bereits gesprochen? Am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover geht Anna Ijjas dieser fundamentalen Frage nach.

Albert Einstein hatte recht: Gravitationswellen existieren wirklich. Am 14. September 2015 gingen sie ins Netz. Das wiederum hätte Einstein verblüfft, glaubte er doch, sie seien zu schwach, um jemals gemessen zu werden. Umso größer war die Freude der Forscher – insbesondere jener am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, das an der Entdeckung maßgeblich beteiligt war.

… wollen die Forscher des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik auf keinen Fall. Geht es doch um nicht weniger als die Stütze für eine Säule des modernen Weltbilds, um die allgemeine Relativitätstheorie. So formulierte Albert Einstein im Jahr 1915 unter anderem, dass die beschleunigte Bewegung von Massen zu Störungen führt, die sich lichtschnell durch den Raum bewegen – Gravitationswellen genannt. Die Erde etwa beult bei ihrem jährlichen Lauf um die Sonne die Raumzeit aus und strahlt dabei Gravitationswellen ab. Angesichts der immensen Zahl von Planeten oder Doppelsternen müsste es im Weltall davon nur so wimmeln. Aber in den meisten Fällen sind die kosmischen Kräuselungen zu schwach, um mit irdischen Detektoren aufgespürt zu werden. Glücklicherweise gibt es im Universum aber noch viel heftigere Erschütterungen: den Tanz oder die Kollision von Neutronensternen und schwarzen Löchern oder die Explosion einer massereichen Sonne als Supernova. Solche brachialen Ereignisse sind es, auf die Wissenschaftler weltweit warten – etwa auf einem Feld in Ruthe bei Hannover. Dort streckt GEO600 seine beiden jeweils 600 Meter langen Arme aus. Die evakuierten Edelstahlrohre haben 60 Zentimeter Durchmesser und sind zur Erhöhung der Stabilität gewellt. In ihnen verbirgt sich das zweitlängste Laserstrahl-Interferometer Europas. Das Messprinzip beruht auf der Tatsache, dass Gravitationswellen abwechselnd den Raum stauchen und dehnen. Rasen sie durch GEO600, verändern sie auch die Rennstrecken des Laserstrahls, der in den beiden senkrecht zueinander angeordneten Rohren läuft. Diese winzige Längendifferenz im Bereich von 10-19 Metern bringt die Lichtwellen im Detektor aus dem Takt. Ein Signal erscheint. Alarm! Bisher jedoch gab es nur Probealarme. Die Forscher tüfteln daran, die Empfindlichkeit der Anlage beständig zu erhöhen. Wenn der Kosmos wieder einmal bebt, möchten sie die Gravitationswellen endlich dingfest machen und damit ein neues Beobachtungsfenster ins All eröffnen.

Vor einem Jahrhundert postulierte Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie die Existenz von Gravitationswellen. Doch bisher haben sich diese Verzerrungen der Raumzeit hartnäckig der direkten Beobachtung entzogen.

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Gravitationswellen im All beobachten: LISA auf der Zielgeraden

2022 Karsten Danzmann, Gerhard Heinzel, Martin Hewitson, Benjamin Knispel, Guido Müller, Jens Reiche

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Die geplante Weltraummission „Laser Interferometer Space Antenna“ (LISA) soll Gravitationswellen im All beobachten und so ein neues Kapitel der Astronomie schreiben. Nach jahrzehntelanger Vorbereitung befindet LISA sich nun auf der Zielgeraden. Die drei Satelliten sollen ab dem Jahr 2024 gebaut werden, um in den frühen 2030er Jahren in den Weltraum zu starten. Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) haben das Projekt begründet, durch Höhen und Tiefen begleitet und werden auch zukünftig eine entscheidende Rolle spielen und die Mission realisieren.

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Einstein@Home entdeckt Schwarze-Witwe-Pulsar

2020 Nieder, Lars

Astronomie Astrophysik

Das Rätsel um eine seit zwei Jahrzehnten bekannte Gammastrahlenquelle ist endlich gelöst. Ein extrem schnell rotierender Neutronenstern in einem Doppelsternsystem sendet die Gammastrahlung aus. Für diese Entdeckung wurden 10 Jahre an Daten des Fermi-Satelliten der NASA mithilfe des verteilten Rechenprojekts Einstein@Home durchsucht. Das intensive Studium dieses Neutronensterns und seines Begleiters anhand von Gammadaten und optischen Beobachtungen offenbart ein Doppelsternsystem der Extreme. Vom Begleitstern abgedampftes Material blockiert vermutlich die Radiostrahlung des Neutronensterns.

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Klimaforschung mit Gravitationswellen-Technologie

2018 Gerhard Heinzel

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Am 22. Mai 2018 starteten die zwei GRACE Follow-On Satelliten in ihre Erdumlaufbahnen. Das Ziel: die Vermessung des irdischen Schwerefelds, was für die Geophysik und die Klimaforschung sehr bedeutsam ist. Mit an Bord: ein Laserinterferometer vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein Institut; AEI) in Hannover, das als Vorbild für künftige Satellitenmissionen und Schritt zum Gravitationswellen-Observatorium LISA dienen soll. Erste, sehr vielversprechende Ergebnisse laufen bereits vor der wissenschaftlichen Messphase ein.

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Die Entdeckung des ersten Gravitationswellen-Signals

2016 Drago, Marco; Lundgren, Andrew

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Am 14. 09. 2015 konnten erstmals mithilfe der Advanced-LIGO-Detektoren Gravitationswellen direkt nachgewiesen werden. Das Signal stammte von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit jeweils rund 30 Sonnemassen in etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung zur Erde. Albert Einstein hatte die Existenz dieser Wellen im Jahr 1916 vorhergesagt. Die ersten Stunden der Jahrhundert-Entdeckung spielten sich am MPI für Gravitationsphysik in Hannover in der Abteilung „Beobachtungsbasierte Relativität und Kosmologie“ von Bruce Allen ab. Die Autoren waren die ersten Personen, die das Signal sahen.

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LISA Pathfinder ebnet den Weg zu Gravitationswellenmessungen im All

2015 Reiche, Jens; Hewitson, Martin; Grothues, Hans-Georg; Knispel, Benjamin; Danzmann, Karsten

Astronomie Astrophysik

Die Satellitenmission LISA Pathfinder demonstriert Schlüsseltechnologien für zukünftige Gravitationswellen-Observatorien im All wie eLISA. Diese werden niederfrequente Gravitationswellen beispielsweise von Paaren extrem massereicher schwarzer Löcher oder galaktischen Doppelsternsystemen untersuchen. LISA Pathfinder ist am 3. Dezember 2015 ins All gestartet und hat im März 2016 seine wissenschaftliche Messkampagne begonnen. LISA Pathfinder wird zu einem Modell aller Rauschquellen für eLISA-artige Missionen führen.

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