Wenn eine Gravitationswelle die Erde durchdringt, bewirkt sie, dass sich der Weltraum selbst in eine Richtung dehnt und in die andere zusammendrückt, sodass die beiden „Arme“ des Detektors tatsächlich um winzige Beträge wachsen und schrumpfen. Das bedeutet, dass jeder Lichtstrahl eine etwas andere Distanz zurücklegt, was sich im rekombinierten Laserlichtmuster als Frequenzspitze zeigt, die als „kosmisches Chirpen“ bezeichnet wird – das ist das Gravitationswellensignal.
Um sie zu messen, setzt Virgo auf modernstes Equipment. Die Spiegel am Ende jedes Tunnels bestehen aus synthetischem Quarz, der so rein ist, dass er nur 1 von 3 Millionen Photonen absorbiert, die ihn treffen. Es ist auf atomare Ebene poliert und so glatt, dass es praktisch keine Lichtstreuung gibt. Und es ist mit einer dünnen Materialschicht überzogen, die so reflektierend ist, dass weniger als 0,0001 Prozent des Laserlichts bei Kontakt verloren gehen.
Jeder Spiegel hängt unter einem Superabschwächer, um ihn vor seismischen Vibrationen zu schützen. Diese bestehen aus einer Kette seismischer Filter, die wie Pendel wirken und in einer Vakuumkammer in einem 10 Meter hohen Turm eingeschlossen sind. Der Aufbau soll den Bewegungen der Erde entgegenwirken, die neun Größenordnungen stärker sein können als die Gravitationswellen, die Virgo zu erkennen versucht. Die Superabschwächer sind so effektiv, dass sich die Spiegel zumindest in horizontaler Richtung so verhalten, als würden sie im Raum schweben.
Eine neuere Innovation ist das „Squeezing“-System von Virgo, das die Auswirkungen der Heisenbergschen Unschärferelation bekämpft, ein seltsames Merkmal der subatomaren Welt, das besagt, dass bestimmte Eigenschaftspaare eines Quantenteilchens nicht gleichzeitig exakt gemessen werden können. Beispielsweise kann man Ort und Impuls eines Photons nicht absolut genau messen. Je genauer Sie seine Position kennen, desto weniger wissen Sie über seinen Impuls und umgekehrt.
Innerhalb von Virgo manifestiert sich das Unsicherheitsprinzip als Quantenrauschen, das das Gravitationswellensignal verdeckt. Aber indem sie einen speziellen Lichtzustand in ein Rohr einspeisen, das parallel zu den Hauptvakuumröhren verläuft und dann das Hauptlaserfeld am Strahlteiler überlappt, können Forscher die Unsicherheit in den Eigenschaften des Laserlichts „quetschen“ oder verringern, indem sie Quanten reduzieren Rauschen und Verbesserung der Empfindlichkeit der Jungfrau gegenüber Gravitationswellensignalen.
Seit 2015 wurden im Verlauf von drei Beobachtungsläufen von Virgo und seinem US-Pendant LIGO fast 100 Gravitationswellenereignisse aufgezeichnet. Mit Upgrades an beiden Einrichtungen und dem Beitritt von KAGRA verspricht der nächste Beobachtungslauf, der im März 2023 beginnt, viel mehr. Die Forscher hoffen, ein tieferes Verständnis von Schwarzen Löchern und Neutronensternen zu erlangen, und die schiere Menge an erwarteten Ereignissen bietet die verlockende Aussicht, sich ein Bild von der Entwicklung des Kosmos durch Gravitationswellen zu machen. „Das ist erst der Anfang einer neuen Art, das Universum zu verstehen“, sagt Losurdo. „In den nächsten Jahren wird viel passieren.“
Dieser Artikel wurde ursprünglich in der Ausgabe Januar/Februar 2023 des Magazins WIRED UK veröffentlicht.