Der Blitz hat zweimal - vielleicht dreimal - getroffen, und Wissenschaftler des Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatoriums (LIGO) hoffen, dass dies nur der Beginn einer neuen Ära des Verständnisses unseres Universums ist. Dieser „Blitz“ kam in Form der schwer fassbaren, schwer zu erkennenden Gravitationswellen, die durch gigantische Ereignisse wie die Kollision eines Paares von Schwarzen Löchern erzeugt wurden. Die Energie, die durch ein solches Ereignis freigesetzt wird, stört das Gewebe von Raum und Zeit, ähnlich wie Wellen in einem Teich. Die heutige Ankündigung ist der zweite Satz von Gravitationswellenwellen, die von LIGO nach der im Februar dieses Jahres angekündigten historischen ersten Erkennung erkannt wurden.
"Diese Kollision ereignete sich vor 1,5 Milliarden Jahren", sagte Gabriela Gonzalez von der Louisiana State University auf einer Pressekonferenz, um die neue Entdeckung anzukündigen. "Damit können wir Ihnen sagen, dass die Ära der Gravitationswellenastronomie begonnen hat."
LIGOs erster Nachweis von Gravitationswellen aus der Verschmelzung von Schwarzen Löchern erfolgte am 14. September 2015 und bestätigte eine wichtige Vorhersage von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie von 1915. Die zweite Erkennung erfolgte am 25. Dezember 2015 und wurde von beiden Zwillings-LIGO-Detektoren aufgezeichnet.
Während die erste Erkennung der Gravitationswellen, die durch die gewaltsame Fusion von Schwarzen Löchern ausgelöst wurden, nur ein kleines „Zwitschern“ war, das nur eine Fünftelsekunde dauerte, war diese zweite Erkennung eher ein „Whoop“, das für eine ganze Sekunde sichtbar war die Daten. Hören Sie in diesem Video:
"Das nennen wir die Musik der Schwerkraft", sagte González, als sie das Video auf der heutigen Pressekonferenz abspielte.
Während Gravitationswellen keine Schallwellen sind, wandelten die Forscher die Schwingung und Frequenz der Gravitationswelle in eine Schallwelle mit derselben Frequenz um. Warum waren die beiden Ereignisse so unterschiedlich?
Aus den Daten schlussfolgerten die Forscher, dass der zweite Satz von Gravitationswellen in den letzten Augenblicken der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher erzeugt wurde, die das 14- und 8-fache der Sonnenmasse betrugen, und dass die Kollision ein einzelnes, massiveres rotierendes Schwarzes Loch erzeugte 21 mal die Masse der Sonne. Im Vergleich dazu waren die im September 2015 entdeckten Schwarzen Löcher 36- und 29-mal so groß wie die Sonnenmasse und verschmolzen zu einem Schwarzen Loch mit 62 Sonnenmassen.
Die Wissenschaftler sagten, dass die höherfrequenten Gravitationswellen der schwarzen Löcher mit niedrigerer Masse den „Sweet Spot“ der Empfindlichkeit der LIGO-Detektoren treffen.
"Es ist sehr wichtig, dass diese Schwarzen Löcher viel weniger massereich waren als die bei der ersten Entdeckung beobachteten", sagte Gonzalez. „Aufgrund ihrer im Vergleich zur ersten Detektion geringeren Masse verbrachten sie mehr Zeit - etwa eine Sekunde - im empfindlichen Band der Detektoren. Es ist ein vielversprechender Anfang, um die Populationen der Schwarzen Löcher in unserem Universum zu kartieren. “
Mit LIGO können Wissenschaftler das Universum auf neue Weise untersuchen und dabei die Schwerkraft anstelle des Lichts verwenden. LIGO verwendet Laser, um die Position von Spiegeln, die 4 Kilometer voneinander entfernt sind, an zwei über 3.000 km voneinander entfernten Orten in Livingston, Louisiana, und Hanford, Washington, genau zu messen. LIGO erkennt das Kollisionsereignis des Schwarzen Lochs also nicht direkt, sondern das Strecken und Komprimieren des Raums. Die bisherigen Erkennungen sind das Ergebnis der Fähigkeit von LIGO, die Störung des Weltraums mit einer Genauigkeit von 1 Teil in einer Milliarde Milliarden zu messen. Das Signal des letzten Ereignisses mit dem Namen GW151226 wurde durch Umwandlung von Materie in Energie erzeugt, die die Raumzeit buchstäblich wie Jello erschütterte.
Das LIGO-Teammitglied Fulvio Ricci, ein Physiker an der Universität von Rom, La Sapienzaa, sagte, dass es im Oktober einen dritten „Kandidaten“ für ein Ereignis gab, den Ricci lieber als „Auslöser“ bezeichnete, der jedoch viel weniger bedeutsam war Signal-Rauschen, das nicht groß genug ist, um offiziell als Erkennung zu gelten.
Dennoch, so das Team, deuten die beiden bestätigten Entdeckungen darauf hin, dass Schwarze Löcher im Universum viel häufiger vorkommen als bisher angenommen, und dass sie häufig paarweise auftreten könnten.
"Die zweite Entdeckung" hat das "O" für das Observatorium in LIGO wirklich gesetzt ", sagte Albert Lazzarini, stellvertretender Direktor des LIGO-Labors bei Caltech. „Mit der Erkennung von zwei starken Ereignissen in den vier Monaten unseres ersten Beobachtungslaufs können wir Vorhersagen darüber treffen, wie oft wir in Zukunft Gravitationswellen hören werden. LIGO bietet uns eine neue Möglichkeit, einige der dunkelsten und zugleich energischsten Ereignisse in unserem Universum zu beobachten. “
LIGO ist jetzt für Verbesserungen offline. Der nächste Datenerfassungslauf wird im Herbst dieses Jahres beginnen. Durch die Verbesserung der Detektorempfindlichkeit könnte LIGO im Vergleich zum ersten Durchlauf bis zu 1,5- bis 2-mal mehr Volumen des Universums erreichen. Ein dritter Standort, der Virgo-Detektor in der Nähe von Pisa, Italien, mit einem ähnlichen Design wie die beiden LIGO-Detektoren, wird voraussichtlich in der zweiten Hälfte des bevorstehenden Beobachtungslaufs von LIGO online gehen. Jungfrau wird die Fähigkeit der Physiker verbessern, die Quelle jedes neuen Ereignisses zu lokalisieren, indem Unterschiede in der Ankunftszeit eingehender Gravitationswellensignale im Millisekundenbereich verglichen werden.
In der Zwischenzeit können Sie dem LIGO-Team über Zooniverse beim Citizen Science-Projekt Gravity Spy helfen.
Quellen zur weiteren Lektüre:
Pressemeldungen:
Universität von Maryland
Northwestern University
West Virginia University
Pennsylvania Staatsuniversität
Physical Review Letters: GW151226: Beobachtung von Gravitationswellen aus einer binären Schwarzloch-Koaleszenz mit 22 Sonnenmassen
LIGO Fakten Seite, Caltech
Einen hervorragenden Überblick über Gravitationswellen, ihre Quellen und ihre Detektion finden Sie in Markus Possels hervorragender Artikelserie, die wir im Februar auf UT vorgestellt haben:
