Schlagwort: LIGO

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Seltsames Signal zeigt Zerstörung eines Neutronensterns durch Schwarzes Loch


Illustrations-Videocredit: NASA, Dana Berry (Skyworks Digital)

Beschreibung: Was löste diese ungewöhnliche Explosion aus? Vor drei Wochen erfassten Gravitationswellendetektoren in den USA und Europa – die LIGO– und Virgo-Detektoren – einen Ausbruch an Gravitationswellen. Die Wellenform entsprach dem, was man erwarten würde, wenn ein Schwarzes Loch einen Neutronenstern zerstört. Ein Objekt des Ereignisses S190814sv passte am besten zu einer mehr als fünffachen Masse der Sonne – das machte es zu einem guten Kandidaten für ein Schwarzes Loch. Das andere Objekt hat anscheinend weniger als drei Sonnenmassen, weshalb es ein guter Kandidat für einen Neutronenstern ist.

Noch nie zuvor wurden bei einem ähnlichen Ereignis Gravitationswellen entdeckt. Leider war bei dieser Explosion kein Licht zu sehen, das von dem zerreißenden Neutronenstern stammen hätte können. Es ist theoretisch möglich, dass auch das Objekt mit geringerer Masse ein Schwarzes Loch war, doch es ist kein eindeutiges Beispiel eines Schwarzen Lochs mit einer so geringen Masse bekannt.

Dieses Video wurde erstellt, um eine zuvor vermutete Kollision zwischen einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern zu veranschaulichen, die 2005 durch Strahlung entdeckt wurde, insbesondere Gammastrahlen vom Ausbruch GRB 050724. Das animierte Video beginnt mit einem Neutronenstern im Vordergrund, der ein Schwarzes Loch umrundet, das von einer Akkretionsscheibe umgeben ist. Die Gravitation des Schwarzen Lochs zerreißt dann den Neutronenstern. Sobald Teile in das Schwarze Loch fallen, entsteht ein Strahl.

S190814sv wird weiterhin untersucht, wobei Hinweise auf die Natur der beteiligten Objekte vielleicht von künftigen Entdeckungen ähnlicher Systeme stammen werden.

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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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NGC 4993: Der galaktische Ort einer historischen Explosion

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

Bildcredit: NASA und ESA

Links über der Mitte der Galaxie NGC 4993 ist ein rötlicher Punkt. Er war vorher nicht da. Sehr ihr ihn? Im August suchte man in dem großen Feld ein mögliches optisches Gegenstück zu dem heftigen Gravitationswellenereignis GW170817. Der verblassende Punkt bekam rasch eine historische Bedeutung. Er zeigt die exakte Position von GW170817.

Es war das erste Mal, dass man bei einem Ereignis mit Gravitationswellen das Gegenstück in elektromagnetischen Wellenlängen mit großen Teleskopen untersuchen konnte. Starke Indizien zeigen, dass es eine kurze Kilonova mit Gammablitz war. Das ist eine Explosion, bei der zwei Neutronensterne verschmelzen. Bei so einer Explosion entstehen neue Elemente.

Das Bild von Hubble zeigt die Linsengalaxie NGC 4993 und den verblassenden Punkt ein paar Tage nach der Entdeckung. Weitere Analysen untersuchen die Physik der Explosion. Man will auch herausfinden, welche schweren Elemente entstanden sind. Eine Frage lautet, ob sich Gravitationswellen und Licht ähnlich schnell ausbreiten. Man sucht auch nach einer neuen Methode, um die Entfernungsskala des Universums zu kalibrieren.

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GW170817: Spektakuläre Verschmelzung in mehreren Wellenlängen entdeckt

Erklärungsvideo-Credit: Bildgebungslabor der NASA

Bei einer explosiven Verschmelzung wurden erstmals kurz nacheinander Gravitationswellen und elektromagnetische Strahlung gemessen. Die Daten des Ausbruchs passen zu einer Spirale, auf der zwei Neutronensterne in einem Binärsystem am Ende verschmelzen. Der Vorgang ähnelte einer Explosion. Er wurde am 17. August in der elliptischen Galaxie NGC 4993 beobachtet, die nur 130 Millionen Lichtjahre entfernt ist.

Erst kamen die Gravitationswellen an. Die Observatorien LIGO und Virgo auf der Erde wurden gemeinsam eingesetzt, um sie zu messen. Sekunden später sah das Fermi-Teleskop im Orbit Gammastrahlen. Ein paar Stunden später beobachteten Hubble und andere Observatorien ihr Licht im ganzen elektromagnetischen Spektrum.

Dieses Erklärvideo zeigt den wahrscheinlichen Ablauf. Heiße Neutronensterne nähern sich auf spiralförmigen Bahnen. Dabei senden sie Gravitationswellen aus. Als sie verschmelzen, bricht ein mächtiger Strahl hervor. Es ist ein kurzer Gammablitz. Dann werden Wolken ausgeworfen. Später folgt eine optische Art von Supernovae, die als Kilonova bezeichnet wird.

Erstmals passen die Entdeckungen zusammen. Sie bestätigen, dass bei LIGO-Ereignissen kurze Gammablitze auftreten. Wenn große Neutronensterne verschmelzen, verteilen sie vermutlich viele schwere Atomkerne im Universum. Dazu gehört Jod, das für Leben notwendig ist. Uran und Plutonium brauchen wir für Kernspaltung. Vielleicht habt auch ihr ein Andenken solcher Explosionen. Sie sind vermutlich die ursprüngliche Quelle von Gold.

Artikel von LIGO und LCO

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LIGO-Virgo GW170814 Himmelskarte

Auf der Karte des ganzen Himmels sind die Messungen von drei Gravitationswellen-Detektoren markiert, die ein Ereignis beobachteten. Rechts krümmt sich der Bogen der Milchstraße. Unten in der Mitte liegen die Magellanschen Wolken.

Illustrationscredit: LIGO–Virgo-Arbeitsgemeinschaft; Optische Himmelsdaten: A. Mellinger

Detektoren für Gravitationswellen sind über den Planeten Erde verteilt. Drei davon meldeten gleichzeitig eine Beobachtung von Wellen in der Raumzeit. Es ist erst das vierte Mal, dass die Verschmelzung eines Binärsystems Schwarzer Löcher im fernen Universum entdeckt wurde. Das Ereignis wurde GW170814 benannt, weil es am 14. August 2017 gemessen wurde.

Die Beobachtungsorte von LIGO lagen in Hanford in Washington und Livingston in Louisiana. Auch das Virgo-Observatorium bei Pisa in Italien war daran beteiligt. Es ging erst kürzlich in Betrieb. Das Signal entstand kurz bevor zwei Schwarze Löcher verschmolzen. Sie hatten 31 und 25 Sonnenmassen und sind etwa 1,8 Milliarden Lichtjahre entfernt.

Man verglich die Zeit, zu der die Gravitationswellen an den drei Standorten gemessen wurde. Eine Region am Himmel stimmt mit den Signalen aller drei Detektoren überein. Sie liegt im Sternbild Eridanus. Die Karte des ganzen Himmels markiert sie mit einem gelben Umriss. Die Projektion zeigt auch den Bogen unserer Milchstraße.

Weil drei Detektoren beteiligt waren, konnte man die Lage und Herkunft der Gravitationswellen viel besser bestimmen. So konnten Observatorien, die elektromagnetische Strahlung beobachten, danach den Ort schneller beobachten. Sie suchten nach Signalen, die vielleicht mit dem Ereignis einhergingen. Weil der Virgo-Detektor die Beobachtung ergänzte, konnte man auch die Polarisation der Gravitationswellen messen. Das kann Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie bestätigen.

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Schwarze Löcher mit bekannter Masse

Das Diagramm zeigt Schwarze Löcher, bei denen Gravitationswellen gemessen wurden, als blaue Kreise. Die Massen werden über das Diagramm in Relation zueinander gebracht.

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

GW170104 können wir zum Diagramm Schwarzer Löcher mit bekannter Masse hinzufügen. Die Verschmelzung zweier kleinerer Schwarzer Löcher ist extrem energiereich. Sie passt zur dritten Entdeckung von Gravitationswellen mit dem Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO).

Das neu entdeckte Schwarze Loch hat etwa 49 Sonnenmassen. Es füllt die Lücke zwischen den Massen der beiden verschmolzenen Schwarzen Löcher, die zuvor mit LIGO entdeckt wurden. GW150914 hatte 62 Sonnenmassen und GW151216 ist 21-mal so schwer wie die Sonne. In allen drei Fällen wurde das Signal in jedem Zwillings-Detektor von LIGO eindeutig als Verschmelzung Schwarzer Löcher erkannt. Ein vierter Fall ist LVT151012. Er ergibt sich aus einem weniger sicheren Nachweis.

Die Entfernung zu GW170104 beträgt ungefähr 3 Milliarden Lichtjahre. Es ist somit weiter entfernt als die aktuell geschätzten Distanzen zu GW150914 und GW151216. Die Wellen in der Raumzeit wurden bei LIGOs aktueller Beobachtungsperiode entdeckt. Diese begann am 30. November 2016 und wird über den Sommer fortgesetzt.

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GW151226 – zweite bestätigte Quelle von Gravitationswellen

Illustrationscredit: LIGO, NSF

Ein neuer Himmel wird sichtbar. Wenn ihr hinauf blickt, seht ihr Licht am Himmel. Licht ist elektromagnetische Strahlung. Doch seit letztem Jahr können wir Menschen den einst vertrauten Himmel in einer anderen Art von Strahlung sehen. Es ist die Strahlung von Gravitationswellen.

Heute veröffentlichte die LIGO-Arbeitsgruppe die Entdeckung von GW151226. Es ist nach GW150914 der zweite bestätigte Blitz von Gravitationswellen. GW150914 war die historische erste Entdeckung. Sie wurde vor drei Monaten gemeldet. Der Name GW151226 deutet an, dass man das Ereignis Ende Dezember 2015 entdeckte. Der Blitz wurde von beiden LIGO-Anlagen gleichzeitig registriert. Die Detektoren stehen in den US-Bundesstaaten Washington und Louisiana.

Diese Animation zeigt, wie sich die Frequenz von GW151226 während der Messung am Observatorium in Hanford in Washington änderte. Das System, von dem die Gravitationswellen stammen, passt am besten zu zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern. Sie haben anfangs etwa 14 und 8 Sonnenmassen. Die Rotverschiebung beträgt ungefähr 0,09. Wenn das stimmt, brauchte diese Strahlung grob geschätzt 1,4 Milliarden Jahre bis zu uns.

Die Stärke und die Frequenz der Gravitationswellen wurden als Ton dargestellt. In der letzten Sekunde, bevor die Schwarzen Löcher verschmelzen, erreicht der Klang den höchsten Ton. LIGO arbeitet weiter, seine Empfindlichkeit steigt und in den nächsten Jahren gehen weitere Messgeräte für Gravitationswellen in Betrieb. Das bietet eine neue Sicht auf den Himmel. Es wird das menschliche Verständnis vom Universum verändern.

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Zwei Schwarze Löcher verschmelzen

Credit der Simulation: Projekt zur Simulation eXtremer Raumzeiten

Klicke auf den roten Pfeil und schau zu, wie zwei Schwarze Löcher verschmelzen. Die Videosimulation wurde vom ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen durch LIGO angeregt. Es läuft in Zeitlupe. In Echtzeit dauert es etwa eine Drittelsekunde.

Die Schwarzen Löcher tanzen auf einer kosmischen Bühne vor Sternen, Gas und Staub. Ihre enorme Gravitation bricht das Licht hinter ihnen in Einsteinringe. Dabei nähern sie sich einander auf Spiralbahnen. Am Ende verschmelzen sie zu einem einzigen Schwarzen Loch.

Bei der rasanten Verschmelzung der massereichen Objekte entstehen unsichtbare Gravitationswellen. Das führt dazu, dass sich das sichtbare Bild kräuselt. Noch nach der Verschmelzung der Schwarzen Löcher schwappen sie innen und außen über die Einsteinringe.

Die Gravitationswellen, die LiIGO aufgespürt hat, werden als GW150914 bezeichnet. Sie passen zur Verschmelzung Schwarzer Löcher mit 36 und 29 Sonnenmassen. Ihre Entfernung beträgt 1,3 Milliarden Lichtjahre. Das einzelne Schwarze Loch, das am Ende entsteht, besitzt 62 Sonnenmassen. Drei Sonnenmassen bleiben übrig. Diese drei Sonnenmassen wurden in Energie umgewandelt, die in Form von Gravitationswellen abgestrahlt wurde.

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