Die vierte Gravitationswelle • Igor Ivanov • Wissenschaftliches Bild des Tages über die "Elemente" • Astrophysik

Vierter Gravitationswellenstoß

Irgendwo dort, in dem Gebiet auf der Sternenkarte mit einem gelben Oval, in einer Entfernung von etwa 500 Mpc von uns, gab es eine große kosmische Katastrophe – die Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern mit Massen von etwa 30 Sonnenmassen zu einem weiteren massiven Schwarzen Loch. Obwohl es nicht von einem Lichtblitz begleitet wurde, sprengte diese Katastrophe buchstäblich den Raum um sie herum. Im Bruchteil einer Sekunde verwandelten sich fast drei Sonnenmassen in Energie und strömten in Form eines mächtigen Gravitationswellenstoßes in den umgebenden Raum – und dieses Gravitationsrauschen verbreitete sich im ganzen Universum.

Fast zwei Milliarden Jahre später, erheblich geschwächt, aber unter Beibehaltung seines charakteristischen Frequenz-Amplituden-Profils, erreichte es die Erde. Und es geschah nicht in der Ära der Dinosaurier oder Affen, nicht im alten Ägypten oder sogar im 20. Jahrhundert, als wir es noch nicht registrieren konnten – nämlich jetzt, Mitte August 2017, genau in dieser kurzen Beobachtungszeit, als drei Gravitationswellendetektoren gleichzeitig auf den Gravitationsschall des Universums hörten. Zu den beiden Instrumenten der aktualisierten LIGO-BeobachtungsstelleDie erste Entdeckung von Gravitationswellen, die vor anderthalb Jahren berühmt wurde, schloss sich Anfang August dem dritten, dem europäischen Gravitationswellendetektor Virgo an. Der ankommende Stromstoß – er erhielt die Codenummer GW170814 – zeichnete alle drei Detektoren auf. Und einen Monat später, am 27. September, berichteten Vertreter der Jungfrau-Kollaboration auf einer speziellen Pressekonferenz stolz über dieses Ereignis und über die Rolle ihres Detektors. Die Pressemitteilung wird auf der Website für Zusammenarbeit veröffentlicht. Dort finden Sie auch einen wissenschaftlichen Artikel aus den LIGO- und Virgo-Kooperationen, die GW170814 gewidmet sind, sowie zusätzliche Materialien, einschließlich einer interaktiven Karte des Sternenhimmels.

Obwohl die Empfindlichkeit von Virgo immer noch deutlich schlechter ist als die der LIGO-Detektoren, freute sie sich auf die Einführung und gemeinsame Arbeit von drei Physikdetektoren. Tatsache ist, dass man mit zwei Detektoren nicht annähernd feststellen kann, woher die Gravitationswelle kommt. Sehen Sie sich noch einmal die Sternenhimmelkarte an: Die blaue Region, die über den halben Himmel gebogen ist, können zwei LIGO-Detektoren über die Richtung der Burstankunft erzählen. Aber mit dem Hinzufügen eines dritten Detektors, sogar mit schlechterer Empfindlichkeit, hat sich die Lokalisierung der Quelle des Ausbruchs drastisch verbessert: Die Fläche des "verdächtigen Bereichs" auf der Himmelskugel ist von 1160 Quadratmetern abgenommen.Grad bis 60 Quadratmeter. Grad Die gute alte Methode der Triangulation, bei der die Richtung durch zwei Verzögerungszeiten zwischen drei Ereignissen und durch eine bekannte Wellengeschwindigkeit berechnet wird, wurde hier auf einer wirklich kosmischen Skala angewandt.

Ein Trio von Detektoren erlaubte erstmals, die Polarisation einer Gravitationswelle zu untersuchen. So haben LIGO und Virgo einen weiteren Test der allgemeinen Relativitätstheorie durchgeführt, der nur zwei Tensor-Polarisationen vorhersagt – im Gegensatz zu anderen, exotischeren Theorien der Gravitation. Die beiden Instrumente des LIGO-Observatoriums befinden sich in den Vereinigten Staaten, obwohl sie in leicht unterschiedlichen Ebenen liegen, aber ungefähr gleich ausgerichtet sind, und sie können verschiedene Polarisationsmöglichkeiten nicht zuverlässig unterscheiden. Der Europäische Virgo-Detektor ist ganz anders ausgerichtet. Als Ergebnis ergibt eine gemeinsame Analyse der drei Signale eine klare Präferenz für die reine Tensorpolarisation gemäß der GTR.

Also, Splash nach Splash, Akkord um Akkord hört die Menschheit dem Klang des Universums zu. Die Empfindlichkeit der beiden Observatorien wird bald zunehmen und ihnen wird ein noch größeres Volumen des Universums zum Hören zur Verfügung stehen.Und wenn in ein paar Jahren die Gravitationswellenexplosionen wöchentlich fallen und für viele von ihnen ein optisches Signal und vielleicht sogar ein Neutrino-Stoß detektiert wird, dann wird die Gravitationswellen-Astronomie beginnen.

Siehe auch:
1) Gravitationswellen sind offen!, "Elemente", 11.02.2016.
2) LIGO fing neue Ausbrüche von Gravitationswellen, "Elements", 20.06.2016.

Fotos von der Website www.virgo-gw.eu.

Igor Iwanow


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