Simulation: Zwei Schwarze Löcher verschmelzen


Simulationscredit: Simulating eXtreme Spacetimes Project

Beschreibung: Lehnen Sie sich zurück und beobachten Sie, wie zwei Schwarze Löcher verschmelzen. Dieses Simulationsvideo entstand nach der ersten direkten Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2015. Es läuft in Zeitlupe und würde in Echtzeit ungefähr eine Drittelsekunde dauern.

Die Schwarzen Löcher posieren auf einer kosmischen Bühne vor Sternen, Gas und Staub. Ihre extreme Gravitation bricht das Licht von dahinter zu Einsteinringen, während sie sich einander auf spiralförmigen Bahnen nähern und schließlich verschmelzen. Durch die an sich unsichtbaren Gravitationswellen, die beim blitzartigen Verschmelzen der massereichen Objekte entstehen, plätschert und schwappt das sichtbare Bild innerhalb und außerhalb der Einsteinringe, sogar noch nachdem die Schwarzen Löcher verschmolzen sind.

Die von LIGO entdeckten Gravitationswellen werden als GW150914 bezeichnet, sie entsprechen der Verschmelzung Schwarzer Löcher mit 36 und 31 Sonnenmassen in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren. Das finale einzelne Schwarze Loch besitzt 63 Sonnenmassen, wobei die übrigen 3 Sonnenmassen in Energie umgewandelt wurden, und zwar in Form von Gravitationswellen. Seit damals meldeten die LIGO– und VIRGO-Gravitationswellen-Observatorien mehrere weitere Entdeckungen verschmelzender massereicher Systeme, und letzte Woche das zeigte das Event Horizon Telescope das erste horizontgroße Bild eines Schwarzen Loches.

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Massereiche Schwarze Löcher auf einer Spiralbahn


Videocredit: NASA’s Goddard Space Flight Center; Musik: In der Halle des Bergkönigs von Edvard Grieg

Beschreibung: Leuchten Schwarze Löcher, wenn sie kollidieren? Wenn sie verschmelzen, strahlen umeinander kreisende Schwarze Löcher mit Sicherheit eine Menge ungewöhnlicher Gravitationswellen ab. Strahlen sie aber schon viel früher Licht ab, wenn sie von Gas umgeben sind?

Um das herauszufinden, entwickelten Astrophysiker eine komplexe Computersimulation. Die Simulation und dieses Ergebnisvideo zeigen sehr detailreich zwei sehr massereiche Schwarze Löcher zusammen mit dem Einfluss von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie auf das umgebende Gas und Licht.

Das Video zeigt das System zuerst von oben, danach von der Seite, dabei sind ungewöhnliche Gravitationslinsenverzerrungen augenfälliger. Rechnerische Ergebnisse lassen vermuten, dass Gravitations- und Magnetkräfte das Gas aufheizen, sodass es sehr energiereiches Licht vom Ultraviolett– bis zum Röntgenbereich abstrahlt. Solche Lichtemissionen ermöglichen der Menschheit vielleicht, Paare sehr massereicher Schwarzer Löcher lange vor ihrem Verschmelzen auf spiralförmigen Bahnen aufzuspüren und zu untersuchen.

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GW151226 – eine zweite bestätigte Quelle von Gravitationswellen


Illustrationscredit: LIGO, NSF

Beschreibung: Ein neuer Himmel wird sichtbar. Wenn Sie hinaufblicken, sehen Sie den Himmel, wie er im Licht erscheint – das ist elektromagnetische Strahlung. Doch erst im letzten Jahr begann die Menschheit zu sehen, wie unser einst vertrauter Himmel in einer anderen Art von Strahlung erscheint – Gravitationswellen. Heute veröffentlichte die LIGO-Arbeitsgruppe die Entdeckung von GW151226, dem zweiten bestätigten Gravitationswellenblitz nach GW150914, der historischen ersten Entdeckung, die vor drei Monaten gemeldet wurde. Wie der Name andeutet, wurde GW151226 Ende Dezember 2015 entdeckt. Er wurde zeitgleich von beiden LIGO-Anlagen in Washington und Louisiana (USA) registriert. In diesem Video zeigt eine animierte Darstellung, wie sich die Frequenz von GW151226 während der Messung am Observatorium in Hanford (Washington) änderte. Dieses Gravitationswellen aussendende System passt am besten zu zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern mit Anfangsmassen von etwa 14 und 8 Sonnenmassen bei einer Rotverschiebung von ungefähr 0.09 – wenn das stimmt, brauchte diese Strahlung grob geschätzt 1,4 Milliarden Jahre, um uns zu erreichen. Beachten Sie, dass Helligkeit und Frequenz der Gravitationswellen – hier als Klang wiedergegeben – in der letzten Sekunde der Verschmelzung der Schwarzen Löcher ihren Höhepunkt erreichen. Während LIGO weiterarbeitet, seine Empfindlichkeit steigt und in den nächsten Jahren weitere Gravitationswellendetektoren in Betrieb gehen, wird die neue Sicht des Himmels sicherlich das menschliche Verständnis des Universums verändern.

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LIGO entdeckt Gravitationswellen verschmelzender schwarzer Löcher

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Illustrationscredit: LIGO, NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Beschreibung: Gravitationsstrahlung wurde direkt nachgewiesen. Diese erste Entdeckung gelang letzten September gleichzeitig mit den Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorien (LIGO) in Washington und Louisiana. Nach zahlreichen Prüfungen der Übereinstimmungen wurde das Ergebnis der 5-Sigma-Entdeckung heute veröffentlicht. Die gemessenen Gravitations wellen stimmen mit dem überein, was erwartet wird, wenn zwei große Schwarze Löcher in einer fernen Galaxie nach einer Todesspirale miteinander verschmelzen und das neu entstandene Schwarze Loch einen Augenblick lang schnell abklingend vibriert. Die historische Entdeckung ist ein Phänomen, das von Einstein vorausgesagt wurde, und ein Meilenstein im Verständnis der Menschheit von Gravitation und den Grundlagen der Physik. Sie ist auch die bisher unmittelbarste Entdeckung Schwarzer Löcher. Die Illustration zeigt die beiden verschmelzenden Schwarzen Löcher, am unteren Bildrand ist die Signalstärke der beiden Detektoren während 0,3 Sekunden dargestellt. Die zu erwartenden künftigen Entdeckungen durch Advanced LIGO und andere Gravitationswellendetektoren könnten nicht nur die atemberaubende Natur dieser Messung bestätigen, sondern geben der Menschheit auch das ungeheure Versprechen, unser Universum auf neue Arten zu sehen und zu erforschen.

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Advanced LIGO: verbesserte Gravitationswellendetektoren

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: LIGO, Caltech, MIT, NSF

Beschreibung: Wenn man Ladung beschleunigt, entsteht elektromagnetische Strahlung: Licht. Doch wenn man Masse beschleunigt, entstehen Gravitationswellen. Licht war die ganze Zeit sichtbar, doch ein bestätigter direkter Nachweis von Gravitationswellen ist schwierig. Wenn Gravitationswellen absorbiert werden, entsteht ein winziges symmetrisches Wackeln, wie wenn man einen Gummiball quetscht und dann schnell wieder loslässt. Mithilfe getrennter Detektoren kann man Gravitationswellen von alltäglichen Stößen unterscheiden. Starke astronomische Quellen für Gravitationswellen würden gleichzeitig rütteln, sogar dann, wenn die Detektoren an gegenüberliegenden Seiten der Erde stehen. Hier sind die vier Kilometer langen Arme eines solchen Detektors abgebildet: das Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) im US-Bundesstaat Washington. Die Gravitations wellendetektoren werden – wie auch beim Schwesterinterferometer in Louisiana – kontinuierlich verbessert, sie sind nun empfindlicher als je zuvor.

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