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Gravitationswellen: Ein Observatorium auf dem Mond könnte sinnvoll sein

Auf dem Mond könnten Gravitationswellen besser detektiert werden. Das hilft bei der Suche nach Supernovae, leichten schwarzen Löchern oder verschmelzenden Neutronensternen.



Ist der Mond der richtige Ort für ein neues Observatorium, um Gravitationswellen zu detektieren? Mit dieser Frage hat sich eine Forschungsgruppe aus über 80 Personen beschäftigt, die die Mond-Gravitationswellen-Antenne (LGWA) entwickeln.

Da die Erde seismisch aktiv ist und ihre Atmosphäre ein Rauschen verursacht, kann nur ein bestimmter Bereich von Gravitationswellen von unserem Planeten aus aufgespürt werden.

Entsprechend werden Weltraumobservatorien geplant, etwa das Lisa-Projekt vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik.

Die seismische Stille auf dem Mond

Auch der Mond ist seismisch aktiv, jedoch ist dies auf Gezeitenkräfte und winzige Meteoriteneinschläge beschränkt. Die meisten seismischen Aktivitäten auf dem Mond sind auch schwächer und liegen viel tiefer als auf der Erde. Die Studienautoren sprechen deshalb auch von "seismischer Stille".

Ein Gravitationswellenobservatorium (GWO) auf dem Mond würde eine Lücke in der Frequenzabdeckung schließen. "Angesichts der Größe des Mondes und des zu erwartenden Rauschens, das durch den seismischen Hintergrund des Mondes erzeugt wird, wäre das LGWA in der Lage, GWs von etwa 1 mHz bis 1 Hz zu beobachten", heißt es in der Studie.

"Dies würde das LGWA zum fehlenden Bindeglied zwischen weltraumgestützten Detektoren wie Lisa mit Spitzenempfindlichkeiten um einige Millihertz und vorgeschlagenen zukünftigen terrestrischen Detektoren wie dem Einstein-Teleskop oder dem Cosmic Explorer machen."

Der Bau einer Mond-Gravitationswellen-Antenne

Sollte das LGWA gebaut werden, würde es aus einer Anordnung von vier Detektoren bestehen. Auf der Erde müssten diese Detektoren gekühlt werden – da in den permanent abgeschatteten Regionen (PSR) auf dem Mond bereits extrem niedrige Temperaturen herrschen, fällt dieser Aspekt weg.

In Kombination mit Teleskopen, die das gesamte elektromagnetische Spektrum beobachten, und mit Neutrino- und kosmischen Strahlungsdetektoren (der Multi-Messenger-Astronomie) könnte die Fachwelt ihr Verständnis verschiedener kosmischer Ereignisse verbessern, hofft das Forschungsteam.

Was kann die Mond-Gravitationswellen-Antenne erkennen?

Das LGWA soll über einige einzigartige Fähigkeiten zum Nachweis kosmischer Explosionen verfügen. "Nur LGWA kann astrophysikalische Ereignisse beobachten, an denen weiße Zwerge (WDs) beteiligt sind, etwa Gezeitenstörungen (TDEs) und SNe Ia" – also Supernovae vom Typ Ia –, heißt es in der Studie.

Zudem könnte das LGWA die Verschmelzung von kompakten Doppelsternen, einschließlich Neutronensternen, Wochen oder sogar Monate vor dem eigentlichen Ereignis erkennen.

Ferner wäre das LGWA in der Lage, schwarze Löcher mittlerer Masse (IMBHs) im frühen Universum zu entdecken. IMBHs spielten eine Rolle bei der Entstehung der heutigen supermassereichen schwarzen Löcher (SMBHs) im Zentrum von Galaxien. Aber auch das Innere des Mondes kann mit einem solchen Detektor weiter erforscht werden.

Die LGWA-Mission befindet sich noch in der Entwicklung. Bevor sie umgesetzt werden kann, muss die Fachwelt mehr darüber wissen, wo man sie platzieren sollte.

Zur Studie

Die Forschungsarbeit wurde am 14. April 2024 auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht: The Lunar Gravitational-wave Antenna: Mission Studies and Science Case (Die Mond-Gravitationswellen-Antenne: Missionsstudien und wissenschaftlicher Fall).

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