Schlagwort: LIGO

Veröffentlicht am

Im Netz gefangen: Schwarze Löcher im Tarantelnebel verschmelzen

Siehe Beschreibung. XXX Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.
Bildcredit und Bildrechte: Artwork: Carl Knox OzGrav, Technische Universität Swinburne; Astrofotografie: Blake Estes und Christian Sasse, iTelescope.net; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wie können wir sehen, was eigentlich unsichtbar ist? Schwarze Löcher sind in der dunklen kosmischen Nacht nicht leicht auszumachen, aber Astronomen können sie aufspüren, indem sie ihre gravitativen Auswirkungen auf Materie, Licht und die Raumzeit analysieren.

Dieses Bild zeigt eine Illustration, die die Simulation eines Doppel-Schwarzen-Loch-Systems bei seinem finalen „Tanz“ mit einer Astrofotografie des Tarantelnebels im Hintergrund kombiniert. Obwohl Schwarze Löcher selbst kein Licht aussenden, krümmen sie den Pfad der Lichtstrahlen und wirken dabei wie eine Gravitationslinse. Das führt dazu, dass der Nebel extrem verzerrt erscheint und sogenannte Einsteinringe sowie Mehrfachbilder bildet.

Der Tarantelnebel befindet sich in der Großen Magellanschen Wolke, einer Zwerggalaxie, die als Satellitengalaxie unserer Milchstraße in rund 160.000 Lichtjahren Entfernung liegt. Das ist mehr als 1.000-mal näher als jede bisher entdeckte Verschmelzung von Doppel-Schwarzen-Löchern. Wir werden vermutlich niemals eine solche Verschmelzung so nah an unserer galaktischen Heimat beobachten können!

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Schwarze Löcher, Neutronensterne: 218 verschmolzen

Das Raster zeigt die Verschmelzungen von 218 massereichen Objekten, die meisten davon sind Schwarze Löcher. Es sind alle Ereignisse, die bisher von der Kollaboration LIGO, VIRGO und KAGRA veröffentlicht wurde.
Bildcredit: Ryan Nowicki, Bill Smith und Karan Jani; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wie klingt es, wenn zwei Schwarze Löcher in den Tiefen des Weltraums verschmelzen? Schallwellen breiten sich im Vakuum nicht aus, Gravitationswellen hingegen schon. Im Jahr 2015 konnten wir sie zum ersten Mal „hören“. Das bestätigte eine von Albert Einsteins theoretischen Vorhersagen.

Jedes Quadrat im Raster zeigt eine Messung von Gravitationswellen. Das Bild zeigt alle bisher veröffentlichten Ergebnisse der Arbeitsgruppe aus LIGO, VIRGO, und KAGRA. Die Diagramme in den Einzelbildern zeigen, wie ein binäres Paar auf einer Bahn umeinander kreist und zur Verschmelzung hin schneller wird. Die Frequenz steigt an. Das bezeichnet man als „Zwitschern“ (Chirp).

Es gibt zwar deutlich mehr Neutronensterne als Schwarze Löcher. Doch bei den meisten Messungen verschmolzen binäre Schwarze Löcher. Das liegt daran, dass Schwarze Löcher schwerer sind. Ihre Signale sind „lauter“. Man kann sie aus größerer Entfernung wahrnehmen, was zu mehr Entdeckungen führt. Solche Ereignisse sind selten. Wir erwarten nicht, in nächster Zeit eines in der Nähe unserer Galaxis zu beobachten. Doch sie finden kontinuierlich überall im Kosmos statt.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

GW250114: Rotierende Schwarze Löcher kollidieren

Die Illustration der Künstlerin Aurore Simonnet zeigt ein Schwarzes Loch vor seiner Verschmelzung.

Illustrationscredit: Aurore Simonnet (SSU/EdEon), LVK, URI; LIGO-Arbeitsgemeinschaft

Es war das stärkste Signal von Gravitationswellen, das man je gemessen hat. Was zeigte es? GW250114 wurde Anfang des Jahres von beiden Armen von LIGO in Washington und Louisiana in den USA entdeckt. LIGO steht für Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Die Analyse ergab, dass bei dem Ereignis zwei Schwarze Löcher zu einem größeren Schwarzen Loch mit etwa 63 Sonnenmassen verschmolzen. Jedes einzelne hatte davor etwa 33 Sonnenmassen.

Das Ereignis fand zwar rund eine Milliarde Lichtjahre entfernt statt. Doch das Signal war so stark, dass erstmals der Spin aller Schwarzen Löcher genau bestimmt werden konnte. Außerdem wurde besser als je zuvor bestätigt, dass die gesamte Fläche des Ereignishorizonts um das kombinierte Schwarze Loch größer war als die der verschmelzenden Schwarzen Löcher. Genau so wurde es vorhergesagt.

Diese Illustration einer Künstlerin zeigt eine Ansicht aus der Nähe eines Schwarzen Lochs vor der Kollision.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Simulation: Zwei Schwarze Löcher verschmelzen

Illustrationscredit: Projekt zur Simulation extremer Raumzeiten

Entspannen Sie sich und beobachten Sie, wie zwei schwarze Löcher verschmelzen. Inspiriert von der ersten direkten Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2015, wird dieses Simulationsvideo in Zeitlupe abgespielt, würde aber in Echtzeit etwa eine Drittelsekunde dauern. Auf einer kosmischen Bühne sind die schwarzen Löcher vor Sternen, Gas und Staub platziert. Ihre extreme Schwerkraft bündelt das Licht hinter ihnen zu Einsteinringen, während sie sich spiralförmig annähern und schließlich zu einem einzigen verschmelzen.

Die sonst unsichtbaren Gravitationswellen, die beim schnellen Zusammenwachsen der massiven Objekte entstehen, bewirken, dass das sichtbare Bild innerhalb und außerhalb der Einsteinringe auch nach der Verschmelzung der schwarzen Löcher noch wackelt und schwappt. Die von LIGO entdeckten Gravitationswellen mit der Bezeichnung GW150914 stehen im Einklang mit der Verschmelzung von 2 schwarzen Löchern mit 36-facher und 31-facher Sonnenmasse in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren. Das endgültige Schwarze Loch hat die 63-fache Masse der Sonne, wobei die restlichen 3 Sonnenmassen in Energie umgewandelt werden, die in Gravitationswellen abgestrahlt wird.

Heutiger Ereignishorizont: NASA-Woche der Schwarzen Löcher!

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Nachricht aus dem Gravitationsuniversum

Die Illustration zeigt die Strahlen von Pulsaren im Bild und links oben ein Paar verschmelzender schwarzer Löcher. Über die Bildmitte verteilt sich ein Gitter, das die Verformung der Raumzeit durch vorbeiziehende Gravitationswellen darstellt.

Illustrationscredit: NANOGrav Physics Frontier Center; Text: Natalia Lewandowska (SUNY Oswego)

Das Nordamerikanische Nanohertz-Observatorium für Gravitationswellen (NANOGrav) beobachtete mit riesigen Radioteleskopen 68 Pulsare. Dabei fand es Hinweise auf Gravitationswellen (GW) im Hintergrund. Dazu wurden kleine Verschiebungen der Zeiten, zu denen die Impulse ankamen, genau vermessen.

Diese Verschiebungen hängen bei einzelnen Pulsaren so zusammen, dass GW die wahrscheinliche Ursache sind. Der GW-Hintergrund entsteht wohl durch Hunderttausende sehr massereicher Doppelsysteme aus Schwarzen Löchern, vielleicht sind es sogar Millionen.

Teams in Europa, Asien und Australien veröffentlichten heute getrennt voneinander ihre Ergebnisse. Bisher maßen die Detektoren LIGO und Virgo GW mit hoher Frequenz, wenn einzelne Paare massereicher Objekte, die umeinander kreisen, verschmolzen sind. Das sind zum Beispiel stellare Schwarze Löcher.

Diese Illustration zeigt so ein Ereignis, das die Raumzeit erschüttert. Hier kreisen zwei sehr massereiche Schwarze Löcher und mehrere Pulsare umeinander. Sie weisen anscheinend leichte Zeitverschiebungen auf. Ein verzerrtes Gitter zeigt den Einfluss der GW auf die Raumzeit.

Offene Wissenschaft: 3000+ Codes in der Quellcodebibliothek für Astrophysik

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Neunzig Gravitationswellenspektrogramme und es werden mehr

Spektrogramme von 90 Gravitationswellen-Ereignissen, die mit den Detektoren von LIGO (USA), VIRGO (Europa) und KAGRA (Japan) beobachtet wurden.

Bildcredit: NSF, LIGO, VIRGO, KAGRA, Georgia Tech, Vanderbilt U.; Graphik: Sudarshan Ghonge und Karan Jani

Beschreibung: Jedes Mal, wenn zwei massereiche Schwarze Löcher kollidieren, senden sie ein lautes Zirpen in Form von Gravitationswellen ins Universum. Erst seit sieben Jahren besitzt die Menschheit die Technologie, um dieses ungewöhnliche Zirpen zu hören, aber wir haben seither in den ersten drei Beobachtungsläufen schon etwa 90 davon gehört.

Oben seht ihr die Spektrogramme – Diagramme der Gravitationswellenfrequenz im Zeitverlauf – dieser 90 Ereignisse, die von den riesigen Detektoren von LIGO (USA), VIRGO (Europa) und KAGRA (Japan) beobachtet wurden. Je mehr Energie einer Kollision auf der Erde ankommt, desto heller erscheint diese Kollision auf der Grafik.

Neben vielen wissenschaftlichen Erfolgen bietet dieses Zirpen von Gravitationswellen der Menschheit eine beispiellose Bestandsaufnahme von Schwarzen Löchern und Neutronensternen, aber auch eine neue Methode, um die Wachstumsgeschwindigkeit unseres Universums zu messen.

Für Anfang Dezember 2022 ist ein vierter Gravitationswellen-Beobachtungsdurchlauf mit erhöhter Genauigkeit geplant.

Zur Originalseite

Veröffentlicht am

GW200115: Simulation der Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern


Videocredit: Simulation: S.V. Chaurasia (Stockholm U.), T. Dietrich (Potsdam U. & MPIGP); Visualisierung: T. Dietrich (Potsdam U. und MPIGP), N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer (MPIGP)

Beschreibung: Was passiert, wenn ein Schwarzes Loch einen Neutronenstern vernichtet? Analysen lassen den Schluss zu, dass so ein Geschehen das Gravitationswellenereignis GW200115 verursachte, das im Januar 2020 von den Observatorien LIGO und Virgo beobachtet wurde.

Um das ungewöhnliche Ereignis besser zu verstehen, wurde diese Visualisierung aus einer Computersimulation erstellt. Zu Beginn des Visualisierungsvideos kreisen das Schwarze Loch (etwa 6 Sonnenmassen) und der Neutronenstern (etwa 1,5 Sonnenmassen) umeinander und senden dabei eine immer größer werdende Menge an Gravitationsstrahlung aus. Das malerische Muster der Gravitationswellen-Emission ist in Blau dargestellt.

Das Duo nähert sich einander immer schneller auf spiralförmigen Bahnen, bis der Neutronenstern vollständig vom Schwarzen Loch verschlungen wird. Da der Neutronenstern während der Kollision nicht auseinanderbricht, entkommt nur wenig Licht – das passt zum Fehlen eines beobachteten optischen Gegenstücks. Das übrig gebliebene Schwarze Loch schwingt kurz. Sobald das Schwingen abklingt, verebben auch die ausgesendeten Gravitationswellen.

Das 30-sekündige Zeitraffervideo ist scheinbar kurz, doch in Wirklichkeit dauert es etwa 1000-mal so lang wie das echte Verschmelzungsereignis.

Astrophysik: mehr als 2500 Codes in der Astrophysik-Quellcodebibliothek
Zur Originalseite

Veröffentlicht am

Wenn Schwarze Löcher kollidieren

Videocredit und -rechte: Arbeitsgruppe Simulating Extreme Spacetimes

Was passiert, wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren? Dieses extreme Szenario passiert in den Zentren vieler Galaxien und in Mehrfachsternsystemen, wenn sie verschmelzen. Die Endphase so einer Verschmelzung wurde mit Computern simuliert. Dabei wurden die Effekte der Gravitationslinsen berechnet, die man dahinter im Sternenfeld sehen würde. Dieses Video zeigt das Ergebnis.

Die schwarzen Regionen markieren die Ereignishorizonte des dynamischen Duos. Außen herum verläuft Ring aus Hintergrundsternen, die sich verschieben. Er zeigt die Position ihres gemeinsamen Einsteinrings. Von allen Hintergrundsternen sieht man Bilder, und zwar nicht nur außerhalb des Einsteinrings, man sieht auch immer ein Begleitbild im Inneren oder gleich mehrere.

Am Ende verschmelzen die beiden Schwarzen Löcher. Heute wissen wir, dass das Endstadium so einer Verschmelzung heftige Gravitationswellen erzeugt. Diese Strahlung bietet eine neue Sicht auf unser Universum.

Bei der NASA ist Woche der Schwarzen Löcher!

Zur Originalseite