LIGO entdeckt Gravitationswellen: Schwarze Löcher verschmelzen

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

Gravitationswellen sind nun direkt bestätigt. Die erste Entdeckung gelang letzten September. Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) in Washington und Louisiana maßen zur gleichen Zeit Gravitationswellen.

Man prüfte genau, ob die Messungen übereinstimmen. Heute wurde das Ergebnis der 5-Sigma-Entdeckung veröffentlicht. Die gemessenen Gravitationswellen stimmen mit dem überein, was man erwartet, wenn sich zwei große Schwarze Löcher in einer fernen Galaxie auf einer spiralförmigen Bahn nähern und verschmelzen. Das neu entstandene Schwarze Loch vibriert einen Augenblick. Die Vibration klingt schnell ab.

Die historische Entdeckung bestätigt ein Phänomen, das Einstein vorhersagte. Sie ist ein Meilenstein beim Verständnis von Gravitation und den Grundlagen der Physik. Indirekt bestätigt die Entdeckung auch Schwarze Löcher. Die Grafik zeigt, wie die Schwarzen Löcher verschmelzen. Unten verlaufen zwei Kurven. Sie zeigen die Signalstärken der Detektoren im Lauf von 0,3 Sekunden.

In Zukunft erwartet man Entdeckungen von Gravitationswellen durch Advanced LIGO und andere Detektoren. Die Entdeckungen bestätigen nicht nur die atemberaubende Natur dieser Messung. Sie sind vielleicht auch eine ungeheure Methode, um das Universum auf neue Arten zu erforschen.

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Advanced LIGO: verbesserte Gravitationswellendetektoren

Die Arme dieses Gravitationswellen-Observatoriums LIGO im US-Bundesstaat Washington sind je vier Kilometer lang. Sie befinden sich auf einem rostbraunen Untergrund in der Wüste.

Bildcredit: LIGO, Caltech, MIT, NSF

Wenn man Ladung beschleunigt, entsteht elektromagnetische Strahlung, nämlich 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. Es ist ähnlich, wie wenn man einen Gummiball quetscht und dann schnell wieder loslässt.

Mit getrennten Detektoren kann man Gravitationswellen von alltäglichen Stößen unterscheiden. Starke astronomische Quellen von Gravitationswellen rütteln gleichzeitig an den Detektoren. Das passiert sogar dann, wenn die Detektoren auf gegenüberliegenden Seiten der Erde stehen.

Das Bild zeigt die Arme eines solchen Detektors. Sie sind vier Kilometer lang. Es ist das Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) im US-Bundesstaat Washington. Die Detektoren für Gravitationswellen werden ständig verbessert. Das geschieht auch beim Schwesterinterferometer in Louisiana. Sie heute nun empfindlicher als je zuvor.

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Wenn Schwarze Löcher kollidieren

Videocredit und -rechte: Zusammenarbeit bei der Simulation extremer Raumzeiten

Was passiert, wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren? So eine Extremsituation kommt wahrscheinlich in den Zentren einiger verschmelzender Galaxien und Mehrfachsternsysteme vor.

Das Video zeigt eine Computeranimation vom Endstadium einer Verschmelzung. Solche Gravitationslinseneffekte wären vor einem Sternfeld im Hintergrund zu sehen. Die schwarzen Regionen markieren die Ereignishorizonte des dynamischen Duos. Hintergrundsterne verschieben sich. Sie bilden außen herum einen Ring an der Position ihres gemeinsamen Einsteinrings. Man sieht nicht nur Bilder aller Hintergrundsterne außerhalb des Einsteinrings, sondern auch ein oder mehrere Begleitbilder im Inneren.

Am Ende verschmelzen die Schwarzen Löcher. Im Endstadium so einer Verschmelzung kann ein starker vorhersagbarer Ausbruch an Gravitationsstrahlung auftreten. Das ist eine Nachstrahlung, nach der intensiv gesucht wird. Ihre Natur ist ganz anders als die von Licht. Sie wurde bisher noch nie direkt beobachtet.

Weltraum-Musikvideo: APOD-Bilder vom September 2015

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