JENA / HANNOVER / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Entwicklung von Glasresonatoren für das Einstein-Teleskop markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Gravitationswellenforschung. Diese hochpräzisen Sensoren, die von Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik entwickelt wurden, sollen die Messgenauigkeit des Teleskops erheblich steigern.
Die Entdeckung von Gravitationswellen hat die Astrophysik revolutioniert, indem sie neue Einblicke in extreme kosmische Ereignisse wie den Zusammenstoß von Schwarzen Löchern ermöglicht. Das Einstein-Teleskop, ein hochsensibler Gravitationswellendetektor der dritten Generation, soll diese Wellen mit beispielloser Präzision messen. Um die Messungen vor Störungen zu schützen, wird das Teleskop tief unter der Erde errichtet, wo es dennoch mechanische Schwingungen gibt, die von entfernten Erdbeben oder dem Straßenverkehr stammen.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut AEI) in Hannover spezielle Schwingungssensoren entwickelt. Diese Sensoren bestehen aus einem beweglichen Resonator und einem Laser, der die Bewegungen des Resonators ausliest. Der Resonator selbst ist eine technische Meisterleistung: Er besteht aus reinem Kieselglas und vereint eine geringe Eigenfrequenz mit einem hohen Gütefaktor in einer kompakten Bauweise.
Die Resonatoren sind so empfindlich, dass sie sogar die Wasserwellen des Atlantiks, 200 Kilometer vom Standort des Teleskops entfernt, in den seismischen Spektren sichtbar machen können. Diese Präzision ist entscheidend, da das Einstein-Teleskop niedrigfrequente Wellen im Bereich zwischen 3 und 30 Hertz messen soll. Die Resonatoren nutzen sogenannte Blattfedern, die aus Glas hergestellt werden, um die notwendige niedrige Eigenfrequenz zu erreichen.
Die Herstellung dieser filigranen Glasresonatoren ist ein komplexer Prozess, der Fräs- und Polierarbeiten sowie spezielle Laserbearbeitungsverfahren umfasst. Ein plasma-aktiviertes Fügeverfahren sorgt für eine dauerhafte Bindung der Glasoberflächen auf atomarer Ebene, was den Resonator extrem stabil und präzise macht. Diese Technologie könnte auch in anderen Bereichen wie der Satellitentechnologie oder der EUV-Lithografie Anwendung finden.
Das Einstein-Teleskop, dessen Bau 2026 beginnen soll, wird voraussichtlich ab 2035 Beobachtungen aufnehmen. Mit einer bis zu zehnfach höheren Empfindlichkeit als derzeitige Detektoren verspricht es, die Gravitationswellenforschung maßgeblich voranzutreiben. Die Entwicklung der Glasresonatoren ist ein wichtiger Schritt auf diesem Weg und zeigt das Potenzial von Glas als Werkstoff in der Hochpräzisionstechnologie.
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