LIGO hat das dritte Mal Gravitationswellen beobachtet! Nach der grandiosen ersten Entdeckung im letzten Jahr und dem wenige Monate später folgenden zweiten Nachweis konnten nun das dritte Mal zwei schwarze Löcher bei der Kollision beobachtet werden. Beziehungsweise die Gravitationswellen detektiert werden, die bei so einer Kollision stattfinden („GW170104: Observation of a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at Redshift 0.2“).
Warum ist das interessant? Natürlich erst Mal weil es interessant IST! Immerhin geht es um schwarze Löcher die verschmelzen und dabei die gesamte Raumzeit zum Wackeln bringen; so sehr dass die Messgeräte auf der Erde das wahrnehmen können. Aber dieser dritte Nachweis ist auch aus anderen Gründen ziemlich wichtig. Und zwar aus diesen:
- Bei dem von LIGO beobachteten Ereignis sind zwei schwarze Löcher mit der 19fachen bzw. 32fachen Masse der Sonne zu einem schwarzen Loch mit der 49fachen Masse der Sonne verschmolzen. Und nein, das ist kein Rechenfehler! Die zwei Sonnenmassen die bei der Addition verschwunden sind, sind nicht tatsächlich verschwunden: Diese Masse wurde bei der Verschmelzung während eines Sekundenbruchteils direkt in Form Energie als Gravitationswelle abgestrahlt. Diese zwei fehlenden Sonnenmassen sind also eigentlich genau das, was LIGO gemessen hat (und wie man sowas misst habe ich unter anderem hier genauer erklärt). Das sind gewaltige Energie und WIE gewaltig das ist zeigt die Tatsache dass dieser dritte Nachweis der bisher entfernteste Nachweis war. 3 Milliarden Jahre haben die Gravitationswellen – die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten – bis zu den Detektoren auf der Erde gebraucht! (Bei den beiden Fällen davor waren es „nur“ 1,3 und 1,4 Milliarden Jahre).
- Es war der dritte Nachweis in knapp 1,5 Jahren! Schon die erste erfolgreiche Messung fand im Wesentlichen schon unmittelbar nach dem Einschalten des Geräts statt. Sobald der Detektor von LIGO aufgerüstet und einsatzbereit war, hatte man das erste Ereignis beobachtet und jetzt sind wir schon bei drei Fällen. Bestätigten Fällen; ich gehe davon aus dass die Wissenschaftler noch jede Menge Kandidaten in ihren Datenbanken haben die sie erst noch prüfen müssen. Dass LIGO so schnell so viel Erfolg hat ist ein Zeichen dafür, dass Gravitationswellenereignisse wirklich häufig sind. Und das bedeutet, dass da draußen noch eine ganz neue Welt an physikalisch-astronomischen Phänomenen auf unserer Erforschung wartet!
- Der wichtigste Punkt aber ist: Es gibt tatsächlich eine Gravitationswellenastronomie!. LIGO ist mehr als nur ein Messgerät das „Ding“ macht, wenn es eine Gravitationswellen registriert. Obwohl: Eigentlich IST es ein Messgerät das „Ding“ macht, wenn es eine Gravitationswelle registriert. Aber in diesem „Ding“ stecken jede Menge Informationen und das „O“ in der Abkürzung LIGO steht dort völlig zurecht. Es steht dort, weil es sich um „Laser Interferometer Gravitationswellen-Observatorium“ handelt. Und es ist tatsächlich ein Observatorium mit dem man das machen kann, was man an Observatorien eben so macht: Astronomie! Wir wissen dank LIGO nicht nur, dass es Gravitationswellen gibt. Wir können damit auch jede Menge viel grundlegendere Informationen über das Universum sammeln. Das sieht man zum Beispiel schon in diesem Diagramm:
Die kleinen violetten Kreis stellen die schwarzen Löcher dar, die wir bisher mit der klassischen Astronomie erforscht haben. Die blauen Kreise sind die schwarzen Löcher die LIGO untersucht hat und die Größe der Kreise entspricht ihrer Masse. Man sieht sofort dass die kollidierenden Löcher von LIGO einer ganz anderen Klasse angehören und in einem Massenbereich liegen, von dem wir vorher nichts wussten. Mit dieser reinen Entdeckung hört es aber noch lange nicht auf. Mit diesem dritten Nachweis haben wir auch schon einen ersten Schritt getan die Entstehung solcher Doppel-Löcher zu verstehen. Es handelt sich dabei ja immer um zwei schwarze Löcher die einander umkreisen. Und so ein System kann auch zwei verschiedene Arten entstehen: Entweder es beginnt mit einem normalen Doppelsternsystem bei dem die beiden Sterne nach Ende ihres Lebens jeweils zu schwarzen Löchern werden. Oder aber die schwarzen Löcher sind individuell entstanden und zwar in einem dicht besiedelten Sternhaufen. Durch die gravitative Wechselwirkung sind die schweren, dichten Löcher dann immer weiter ins Zentrum des Haufens gewandert, wo sie sich dann zu Paaren zusammen finden konnten.
Damit aber am Ende ein so massereiches schwarzes Loch übrig bleibt, muss der Stern aus dem es entsteht ebenfalls entsprechend massereich sein und darf im Lauf seines Lebens nicht zu viel Masse verlieren, zum Beispiel durch starke Sternwinde. Sowas findet man eher bei Sternen die eine geringe „Metallizität“ haben. Mit diesem Begriff bezeichnet man in der Astronomie die Menge an schweren Elementen abseits von Wasserstoff und Helium und die LIGO-Löcher müssen in einer Umgebung entstanden sein, deren Metallizität niedriger ist als wir es im Sonnensystem gewohnt sind. Die Metallizität ist aber auch ein Maß für das Alter, denn das Universum hat ja nur mit Wasserstoff und Helium begonnen; die ganzen anderen Elemente kamen erst im Laufe der Zeit durch die Kernfusion im Inneren der Sterne hinzu.
Das ist aber noch nicht alles was wir dank LIGO über die Entstehung schwarzer Löcher sagen können. Die Verschmelzung zweier Löcher kann man sehr gut im Computer simulieren und das macht nicht nur ihre Identikation erst möglich sondern erlaubt auch genauere Analysen. Die gemessenen Gravitationswellen sind zum Beispiel leicht unterschiedlich je nachdem ob die beiden schwarzen Löcher sind in der gleichen Richtung um ihre eigene Achse drehen in der sie auch umeinander laufen oder nicht. Beim aktuellen LIGO-Ereignis tun sie das nicht und das ist interessant! Würden die Doppel-Löcher nämlich aus Doppelsternsystemen entstehen, dann sollten die Rotationsrichtungen gleich ausgerichtet sein, da beide Sterne aus der gleichen Staubwolke entstanden sind und sich daher auch gleich drehen. Was dann auch für die aus ihnen entstanden Löcher gelten muss. Ist die Rotation nicht gleich ausgerichtet, dann ist das ein Zeichen für einen individuellen Ursprung der beiden Paare des Loch-Systems und eine spätere Bildung des Systems; so wie oben beschrieben im Zentrum eines Sternhaufens.
Natürlich sind die drei Beobachtungen die wir bis jetzt haben noch nicht ausreichend um verlässliche Aussagen über die Entstehung solcher Paare machen zu können. Da brauchen wir noch mehr Daten. Aber wir wissen jetzt eben nicht nur, dass wir solche Aussagen irgendwann machen können sondern auch dass wir genug solcher Daten sammeln werden können!
Die Gravitationswellen sind da draußen. Das Universum ist voll mit ihnen und sie enthalten genau so viele und wertvolle Informationen über den Kosmos wie das die elektromagnetische Strahlung tut auf die sich die Astronomie bisher konzentriert hat. Aber LIGO wird weiter beobachten. LIGO wird besser werden. LIGO wird erweitert werden und wenn demnächst der europäische VIRGO-Detektor ebenfalls startbereit ist können die Daten kombiniert werden um nicht nur zu wissen, dass etwas passiert ist sondern auch WO es am Himmel stattgefunden hat.
Ich bin mir ganz sicher, dass die Gravitationswellenastronomie in den nächsten Jahren rasant neue Erkenntnisse liefern wird. So wie wir Jahrzehnte nach den ersten Planeten anderer Sterne gesucht haben, 1995 endlich erfolgreich waren und nach diesen ersten überraschenden Ergebnissen heute, kaum 20 Jahre später, ein völlig anderes Bild des Universums haben werden wir in 20 Jahren unsere Welt dank der Gravitationswellen ganz anders betrachten als heute. Wir werden die Dinge besser verstehen, die wir heute noch rätselhaft finden. Und wir werden Phänomene entdecken von denen wir heute noch nicht einmal wissen, das wir sie entdecken können!
da können wir uns ja freuen, dass in im zentrum unserer galaxis nicht nur ein superschweres, sondern auch noch viele ‚kleine‘ SL zu finden sind, die schon jetzt ‚ringelreihen‘ spielen und sicher auch mal detektiert werden wollen.
wenn LIGO so erfolgreich ist, wird der drang (wie immer) zu noch grösser und noch genauer gehen – da können wir wirklich gespannt auf das nächste 1/4 des jahrhunderts werden.
grüssle
„Und wir werden Phänomene entdecken von denen wir heute noch nicht einmal wissen, das wir sie entdecken können!“
Das scheint immer so 🙂
Und das Wunderbare daran! Hat was sehr Befriedigendes!
> Natürlich sind die drei Beobachtungen die wir bis jetzt haben noch nicht ausreichend um verlässliche Aussagen über die Entstehung solcher Paare machen zu können.
Die drei Beobachtungen sind in Einklang mit der Allgemeinen Relativitätstheorie. Das ist ein schönes Ergebnis in einer Zeit, wo Physiker gerne über Dinge spekulieren, bei denen sie keine Theorie behindert.
Sry aber wie ist das eigentlich mit GW’s wie mmt da die Amplitude über die Entfernung ab. Wenn ich lese mal eben 2 Sonnemassen in GW’s umgewandelt. So nahe möchte ich da nicht sein. So ne Art Pizzateig ?
@tomtoo
Ich denke, dass der Nachweis, dass die Amplituden über die Entfernung abnehmen könnten, schon eine Sensation wäre. Nach dieser Arbeit-Wärme-Umwandlung würde ja die Raumzeit selbst irgendwie “aufgeheizt” werden.
Und so nahe an diesen schwarzen Löchern würdest Du auch so ziemlich lang-gezogen werden. Wegen den Gezeitenkräften.
Phil Plait (der „Bad Astronomer“) wird nicht müde, darauf hinzuweisen, dass die beiden schwarzen Löcher beim Verschmelzen kurzfristig mehr Leistung abgestrahlt haben, als alle Sterne im beobachtbaren Universum zusammen. Insgesamt wurde etwa die 2000-fache Energiemenge frei, die unsere Sonne während ihres gesamten Lebens produziert.
@Alderamin:
Phil schreibt, er wär nicht gern in der Nähe wenn zwei BHs mergen.
Was würde denn da passieren, wenn man einmal die restliche Strahlung (von der ja sicher auch einiges freigesetzt wird?) vernachlässigt?
Vorausgesetzt man hat genug Abstand um nicht mehr von den Gezeitenkräften getötet zu werden.
Würde man zerquetscht oder zerrissen wenn man von so einer starken GW getroffen wird?
@mathias
Das ist ja meine Frage. Angenommen es gäbe nur die GW’s in naher Entfernung bei so einem Ereigniss. Würden die nicht reichen mich in der Nähe sozusagen durchzunudeln ?
@Frantischek
Sry gleiche Frage. Zwei dumme und so. ; )
@Frantischek
Nach dem was hier steht, würden uns GW auch in unmittelbarer Nähe nichts tun können (so nahe, dass die schwarzen Löcher selbst das eigentliche Problem wären) und Phil hätte in diesem Punkt unrecht.
@tomtoo, Frantischek
Das ist dann so ähnlich wie mit den Gezeiten. Wenn so eine Welle durchläuft, werdet ihr periodisch gedehnt und gestaucht, im Extremfall bis zum zerreissen.
@ tomtoo, @Frantischek: Wenn ich mich recht erinnere, hat Martin Bäker auf Hier wohnen Drachen mal zwei Artikel dazu geschrieben. Nach seiner Abschätzung müsste man wohl näher an die Schwarzen Löcher heran, um durch die Gravitationswellen ernsthaft in Gefahr zu raten, als die Entfernung von geostationären Satelliten zur Erdoberfläche. Und da wären auch schon längst die Gezeitenkräfte so hoch, dass man zerrissen werden würde, auch wenn es keine Gravitationswellen gäbe. Aber bei gleich zwei Schwarzen Löcher wäre es natürlich noch schlimmer, vielleicht meint Phil Plait das. Was die Wirkung von Gravitationwellen betrifft, man würde wohl abwechselnd gestaucht und gezerrt werden. Wie genau das passiert, hängt von der Polarisation der Welle ab.
@Alderamin: Wie passt so eine hohe Leistung zu den „nur“ 2 Sonnenmassen Masseverlust beim Verschmelzen?
e=mc²
Masse mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat ergibt halt verdammt viel, wenn man eine Masse von 2x(2x10hoch30)kg hat…
@Boombox
Die Energie wurde über einen hinreichend kurzen Zeitraum bei der Verschmelzung freigesetzt.
Ein Stern wie die Sonne verbrennt während seines Lebens rund 10% seines Wasserstoffs. Der Massendefekt vom Wasserstoff zum Helium beträgt knapp 1%. Macht also nur 1/1000 Sonnenmasse an Umsetzung in reine Energie gemäß E=mc^2. Somit kommt man darauf, dass zwei Sonnenmassen Energieumsetzung bei der Verschmelzung der schwarzen Löcher rund 2000-mal die Gesamtenergie der Sonnenleuchtkraft über ihr ganzes Leben rund 13 Milliarden Jahre) ergeben. Das ist schon sehr viel, wenn das in weniger als einer Sekunde frei wird.
@tomtoo
Ich habe dazu hier mal ein bisschen was abgeschätzt
https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2016/02/11/fragen-zu-gravitationswellen/
@Boombox
Und die Leistung wird nur über einen sehr kurzen zeitraum abgestrahlt (Leistung ist ja Energie pro zeit).
@MartinB
Vielen Dank !
@Frantischek, @Alderamin, @MartinB: Vielen Dank. Ich hab wohl einfach unterschätzt, wie viel Energie 2 Sonnenmassen entsprechen bzw. nicht gedacht, dass das mehr sein kann, als von allen Abermilliarden Sternen im ganzen beobachtbaren Universum zusammen.
Irgendwie bin ich noch ein bisschen verwirrt wegen der Grafik. Sind die supermassereichen SL (also 100 Sonnenmassen und mehr) da rausgelassen worden? Und sollten wir das „mergen“ von diesen SL nicht auch detektieren können? Oder sind die quasi alle schon „vorbei“ und deshalb kommt nichts an? Oder bin ich nur zu ungeduldig? (*husthust* das musste ich mir schon öfter sagen lassen)
Mich interessiert auch wie man denn die Entfernung des Ereignisses abschätzt.
‚Interesse zeigen‘ heißt ja auch direkt übersetzt ‚dabei sein wollen‘, Anderas#19, dabei sein heißt aber auch mitmachen. Zum Beispiel mit einer kleinen Suche, erster Treffer im Schwarzen.
@Anderas etal
Ich habe damals die erste Veröffentlichung zum Thema ziemlich detailliert auseinandergenommen:
https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2016/02/12/gravitationswellen-die-veroeffentlichung-im-detail/?all=1
Da werde vermutlich viele Fragen geklärt.
@Florian Freistetter Wenn ich das richtig gelesen habe, wurden alle 3 Beobachtungen vom LIGO gemacht. Ist das richtig? Wie wird ausgeschlossen, dass es sich um die gleiche Art der Fehlmessung handelt?
@roel:
Nun, ein gutes Indiz ist zB schonmal, dass LIGO aus zwei Detektoren besteht, die unabhängig voneinander die Gravitationswellen-Ereignisse gemessen haben.
Guck mal:
https://de.wikipedia.org/wiki/LIGO
Es besteht natürlich noch die verschwindend geringe Wahrscheinlichkeit, dass beide Detektoren einen systematischen Fehler machen, den noch niemand bemerkt hat.
Es sind allerdings noch mehrere andere Detektoren in verschiedenen Weltgegenden im Bau, bzw. werden ausgebaut und werden bald in Betrieb gehen.
Dann gibts nicht nur die Möglichkeit die Messungen zu bestätigen, sondern sogar zu triangulieren, dh. die Richtung aus der die Gravitationswellen kommen genau zu bestimmen – Dann wirds wirklich interessant!
Das ist Faszienierent. Da werden mal eben 2 Sonnenmassen dazu genutzt Raum und Zeit zu verschwurbeln. Und wärs die Erde, würdest du auf dem Mond kaum was davon mitbekommen.
@Desolace
@Aldemarin hat da mal was schönes dazu geschrieben. LIGO kann sozusagen nur hochfrequent hören. Das verschmelzen zweier sehr schweren SL währe zu tieffrequent.
Ich gehe davon aus, dass GW auch schwarze Löcher durchqueren können. Wäre es eigentlich theoretisch möglich, dadurch in das „Innere“ eines SL zu blicken, wenn ein hinreichend sensibles Obervatorium solche GW aufzeichnet?
Können sie nicht. Sie entstehen am Ereignishorizont.
So hab ich das zumindest bei Martin gelesen.
https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2016/02/11/fragen-zu-gravitationswellen/
@Eckbert
Tun sie nicht. Schwarze Löcher lassen nicht nur kein Licht mehr heraus, sondern gar nichts. Nichts kann sich schneller als das Licht durch den Raum bewegen, auch Gravitationswellen sind „nur“ lichtschnell. An schwarzen Löchern verhält der Raum sich so, als ob er mit Lichtgeschwindigkeit hineinflösse. Gegen diesen Strom kommen auch Gravitationswellen nicht an.
Die Gravitation des schwarzen Lochs wird übrigens nicht etwa durch Gravitationswellen (= periodische Änderungen der Raumkrümmung, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten) vermittelt, sondern durch die konstante Raumkrümmung außerhalb des schwarzen Lochs.
Mit obigem: nein.
@Eckbert:
Laut Allgemeiner Relativitätstheorie bewegen sich auch Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit. Logischerweise sollte also eine Gravitationswelle, die in ein Schwarzes Loch läuft, dort nicht mehr herauskommen. Ihre Energie würde vom Schwarzen Loch geschluckt und dieses ein klein wenig schwerer machen.
Aber apropos „Schlucken“: Müsste das nicht theoretisch zu Interferenzmustern führen? Also ähnlich wie bei einem Wasserwellenexperiment, bei dem ein Hindernis im Verlauf der Welle steht? Aber klar ist, dass deren Detektion noch einmal um einiges schwieriger sein dürfte.
Mich fasziniert an solchen Sachen immer die zeitliche Komponente. Da geht es nicht um Sekunden, Stunden, Tage usw. sondern um Zeiten, die man sich kaum vorstellen kann. 3,3 Mrd. Jahre, wie in diesem Fall sind enorm beeindruckend. Damals gab es auf der Erde so gut wie nichts. Und im gleichen Abtant zum Jetzt in der Zukunft wird auch nicht viel übrig sein.
Was machen da z.b. 5 Minuten Verspätung aus? Oder ob jemand für 1 Jahr berühmt ist? Alles irrelevant und unwichtig.
Hey Florian(und Martin und wer sonst Lust hat die Fragen zu beantworten),
zwei Fragen, die nicht in Martins Fragenkatalog standen und mir Wikipedia nicht beantworten konnte(und die ehrlich gesagt nur am Rande hiermit zu tun haben, aber die mir beim Lesen dieses Artikels eingefallen sind):
1. Bedeutet die Existenz von Gravitationsquanten, dass Objekte ständig an Masse, Temperatur, etc. verlieren, und diese in Form der Gravitationsquanten abgeben?
Eine Sache, die mich schon in der Schule verwundert hat, war, dass die Gravitation(und eigentlich alle fundamentalen Wechselwirkungen) scheinbar gegen den ersten Hauptsatz der Thermodynamik verstoß, da ja Beschleunigung „aus dem Nichts“ generiert wird. Das wurde mir so erklärt, dass ja die Beschleunigung auf beide Objekte in entgegengesetzte Richtung wirken würde, und damit netto gesehen keine Beschleunigung generiert wird.
Vom Licht aber wissen wir, dass zum Generieren von Lichtquanten Energie aufgewendet werden muss( bei der Sonne zB. dadurch, dass Wasserstoff zu Helium umgesetzt wird). Da stelle ich mir intuitiv die Gravitationsquanten ähnlich vor, nur dass sie am Zielort dann nicht absorbiert, reflektiert etc. werden, sondern stattdessen immer in Beschleunigung umgewandelt werden. Das würde einen Energieverlust beim Absender implizieren. Dasselbe gilt dann übrigens für alle anderen fundamentalen Wechselwirkungen, welche ja auch über Wechselteilchen funktioneren, weshalb ich das Gefühl habe, hier irgendetwas falsch zu verstehen bzw. voreilige Schlüsse zu führen, da ja dann jegliche Materie ständing ein Menge Energie verlieren würde.
2. Sobald sowohl der Wellen- als auch Teilchencharakter der Gravitation bewiesen ist, was steht dann noch der großen vereinheitlichten Theorie im Wege? Oder wäre sie dann nachgewiesen?
Ein Wellen-Teilchen-Dualismus würde die Gravitation ja prinzipiell durch Quantenphysik erklärbar machen. Damit würde die Quantenphysik zur großen vereinheitlichten Theorie werden, falls ich das richtig verstehe.
Puh, das ist mehr Text geworden, als ich eigentlich geplant hatte. Aber so werden hoffentlich meine Gedankengänge klar, so falsch sie auch sein mögen 😀 .
Vielen Dank schonmal an denjenigen, der sich die Mühe macht, meinen Geist zu erhellen!
der Marius
Spräche etwas dagegen, Artikel vor dem Veröffentlichen gegenlesen zu lassen?
Stichwort: Interpunktion, Orthografie.
@Ulf: „präche etwas dagegen, Artikel vor dem Veröffentlichen gegenlesen zu lassen?“
Nein. Aber du würdest dann hier nur mehr ca einen Artikel pro Woche lesen können. ScienceBlogs ist keine Online-Zeitung mit Redaktion, Lektorat o.ä. Astrodicticum Simplex ist mein Blog und alles was hier passiert muss ich selbst machen. Und da ich mit dem Blog kaum Geld verdiene muss ich die Arbeit hier zwischen meine andere Arbeit packen, d.h. dann schreiben wann ich gerade mal Zeit habe. Schnell mal im Zug; mitten in der Nacht oder sonstwo. Da kann ich nicht ständig zeitnah Leute finden die alles lektorieren (und das auch noch kostenlos). D.h. entweder du nimmst bei der (kostenlosen) Lektüre ein paar Tippfehler in Kauf – oder aber es gibt hier lektorierte Texte, die aber in sehr viel geringerer Frequenz und definitiv nicht mehr zeitnah zu aktuellen Themen erscheinen. Alternativ gibt es aber auch jede Menge andere Seiten im Netz die – korrekt interpunktiert – über Wissenschaft informieren. Spektrum.de kann ich da zB empfehlen oder wissen.de.
Verstehe den Text bzw den Absatz unter der Grafik richtig, dass auch die Existenz schwarzer Löscher in diesem Massebereich überhaupt erst durch die Gravitationswellen bestätigt wurde? Falls ja, könnten solche schwarzen Löcher, wenn sie häufig sind, (zumindest einen Teil) der dunklen Materie erklären oder fehlen da immer noch ein paar Größenornungen an Masse?
@Stefan K
Dazu gibt es einen guten Artikel von Ethan Siegel auf Forbes. Es wäre nicht ausgeschlossen, aber recht unwahrscheinlich, dass solche schwere schwarze Löcher die Dunkle Materie ausmachen (vorausgesetzt, sie wären primordial, also schon beim Urknall entstanden, sonst kommen sie ohnehin nicht in Frage).
Und noch ein Artikel, der das ähnlich sieht.
@Eckbert
Rein zufällig lief mir eben ein Artikel über den Weg, der zumindest die Möglichkeit sieht, dass man mit Gravitationswellen ein klein wenig unter den Ereignishorizont sehen könnte, wenn dieser gemäß der Quantenphysik eine Feuerwand beinhalten würde und aus mehreren Schichten bestünde, oder keine scharf begrenzte Fläche wäre. Und einige Forscher wollen die von solchen unscharfen Horizonten verursachten Echos in den LIGO-Daten erspäht haben. Man wird sehen.
Aber tief ins Innere eines schwarzen Lochs kann man mit Gravitationswellen nicht sehen, dabei bleibt es.
Zur Diskussion „Bei der Verschmelzung gehen einige Sonnenmassen verloren“:
Es erscheint mir zwar logisch, dass die abgestrahlte Energie irgendwo herkommen muss, und daher die Masse abnimmt.
Trotzdem ist mir der Mechanismuss nicht klar.
Gravitatsionswellen resultieren aus Aenderungen in der Beschleunigung (so weit ich dies verstanden habe),- im einfachsten Fall also aus einen Stueck Masse was sich im dichten Orbit eines schwarzen Loches befindet.
Die Energieabstrahlung in Form von Gravitationswellen bedeutet
a) Eine veringerung der Geschwindigkeit (= der Orbit verkleinert sich)
b) Masseverlust
Vorallen bei „b“ frage ich mich: Welcher Mechanismus sorgt denn dafuer dass Gravitationseinfluss Masse „verschwindet“ (=in Energie der GW umwandelt wird)
Ichh abe schwierigkeiten mir vorzustellen wie ein Atom ploetzlich zerstrahlt wird, weil es mit Gravitation wechselwirkt (mit einen Gravitation interagiert?)
Schade, daß es derzeit (noch) nicht möglich ist einen hochauflösenden Neutrino-Detektor
zu konstruieren, der vergleichsweise die Auflösung und Geometrie einer HD-Kamera hätte.
Damit könnte man zumindest hypothetisch ins Innere von Schwarzen Löchern blicken und
vmtl. direkt solche markanten Quellen von Gravitationswellen aufspüren.
Sollte es jemals gelingen künstliche Chemische Elemente der achten Periode, oder sogar der neunten Periode zu erzeugen welches völlig stabil wäre, so könnte es vmtl. ein ideales Detektormaterial für Neutrinos werden,… also nur mal laut visionär-gedacht :).
@Ingo
Guckst Du hier und folgend.
@Vortex
Auch Neutrinos können ein schwarzes Loch nicht verlassen (und werden darin auch nicht unbedingt erzeugt). Damit kann man auch hypothetisch nicht in schwarze Löcher hinein schauen. Und die Gravitationswellen bei der Verschmelzung schwarzer Löcher entstehen komplett außerhalb derselben (auch die Erde erzeugt beim Umlauf um die Sonne welche; die sind nur vergleichsweise schwach).
Anders als bei der Sonne. Und ja, in die kann man schon lange mit Neutrinos hineingucken. Durch die Erde hindurch sogar.
Warum werden bei den Ligo Messungen „nur“ Kollisionen zweier SL gemessen? Es müsste doch auch triple Ereignisse (kurz hintereinander vielleicht), oder sogar mehr geben, insbesondere wenn sie aus dem gleichen Sternenhaufen entstehen. Liegt es daran, dass wir erst so kurz messen?
@Alderamin #39:
Ich glaube wir reden aneinander vorbei.
Dein Kommentar von damals bezieht sich darauf, Dinge in schwarze Loecher hinein zu schmeissen,- und dadbei eventuell Energie aus der Rotationsenergie eines SL zu „ernten“ (Penrose-Prozess)..
Dieser Prozess passiert allerdings erst in dem Augenblick wo ein Objekt in die Ergosphaere geraet (also waerend der Kollision).
Die Gravitationswellen werden aber auch bereits vorher abgestrahlt,- wenn sich die Objekte nur in einer Art Orbit umeinander herum bewegen.
Wenn ich es richtig verstanden habe (bitte korregier mich) wird bereits VOR der Kollision die Masse der Objekte in GW-Energie umgewandelt.
Dies bedeutet also, dass es ein Prozess geben muss der bewirkt, dass starke Gravitation in irgendeiner Form die Masse der Objekte veringert (und in GW-Energie umwandelt).
Bildlich gesprochen: Starke Gravitation kann bewirken, dass sich Materie irgendwie zertrahlt.*
Und das wiederrum kann ich mir nicht vorstellen.
Irgendwo habe ich also einen Denkfehler eingebaut.
Aber wo?
*das hat nichts mit Annihilation zu tun, wo einfach nur Photonen aus einem Teilchen/Antiteilchen entsteht
@Ingo
In den weiteren Posts führte Niels aus, dass die Masse teilweise im Gravitationsfeld stecke und gar nicht so genau zu verorten sei. Von dieser gehe bei der Abstrahlung ein Teil als Gravitationswellen verloren.
@JJ
Die Annäherung zweier schwarzer Löcher aneinander dauert zum Teil Milliarden Jahre. Wie wahrscheinlich soll es sein, dass ein System von drei schwarzen Löchern existiert, die dann auch noch binnen Sekunden synchron verschmelzen? Das wird es im ganzen Universum nicht geben, daran liegt das.
@Alderamin
Bei 3 Körpern wäre die Wahrscheinlichkeit das ein Körper das System verlässt wohl eh groß oder ?
Spannend sind ja auch diese missglückten nova2. Evtl. gibts ja viel mehr SL’s als man dachte. LIGO könnte da doch evtl. viel zur Aufklärung beitragen ?
@tomtoo
Das auch. Ich denke, wenn 3 schwarze Löcher in einem System wären, dann würden zuerst die engeren verschmelzen. Entweder kreisen zwei eng umeinander und eines in größerem Abstand um die beiden, dann verschmelzen zuerst die engeren und das entferntere könnte ggf. weggeschleudert werden.
Oder es kreist ein enges Paar um ein größeres einzelnes, dann verschmilzt erst das Paar und viel später das so entstandene schwarze Loch mit dem einzelnen großen.
Dass ein Paar komplett gleichzeitig mit einem großen verschmilzt, kann ich mir eigentlich nur vorstellen, wenn ein Doppelsystem schwarzer Löcher in ein supermassives hineinfällt. Aber so was kann LIGO nicht aufspüren (Frequenz passt nicht) und dürfte auch nicht allzu oft vorkommen.
Zu den „Dreierkollisionen“: Also rein himmelsmechanisch kann man das eher ausschließen. Wenn da ein Doppelsystem auf ein einzelnes Objekt zurauscht wird einer der beiden Partner weggeschleudert; der andere verschmilzt. Das ist der gleiche Mechanismus durch den auch hyperschnelle Sterne entstehen.
@Florian:
Es gibt sogar noch eine 3. Art:
Simulationen haben ergeben, dass massereiche Sterne beim Kollaps regelmäßig 2 SL bilden.
Spielt allerdings für Deinen Beitrag keine große Rolle, weil dadurch nicht die mittelschweren SL entstehen können. Solche Vorgängersterne hat es ja eher durch Paarinstabilitäts-SNe zerfetzt, ohne dass ein kompakter Rest entstanden sein kann.
Auch wenn ich mich damit noch nicht so richtig anfreunden kann, wird die Möglichkeit, dass primordiale, mittelschwere SL einen erheblichen Beitrag zur DM liefern können, mit jeder neuen LIGO/VIRGO-Detektion wahrscheinlicher.
@tomtoo, Florian:
Ganz rein klassisch himmelsmechanisch geht es da nicht zu:
Sobald 2 SL unterschiedlicher Masse(was in den allermeisten Fällen so ist) verschmelzen, breiten sich GW in einer bevorzugten Richtung aus.
In der Folge wird das entstandene SL auf dem „Wellenritt“ extrem beschleunigt und weg katapultiert.
Selbst wenn da noch weitere, massereiche Objekte in der Nähe waren, kommt es da kaum zu einer weiteren Verschmelzung.
@myself:
Sorry, es ist nicht der Wellenritt, sondern ein nur ein „simpler“ Rückstoß 😉
@Krypto
Daran hatte ich gar nicht gedacht, dass so was in der Art möglich ist.
Wenn ein Schwarzes Loch einen unsanften Tritt bekommt.
https://www.scinexx.de/wissen-aktuell-21291-2017-03-27.html
@Krypto
Ein Fall wurde nachgewiesen, wo ein schwarzes Loch anscheinend einen Kick durch die Gravitationswellen bekommen hat. Die Frage ist, ob das häufig geschieht bzw. der Normalfall ist. Hätte man bei den LIGO-Ereignissen eigentlich am Doppler-Effekt der Gravitationswellen erkennen müssen.
@Alderamin
Den Doppler-Effekt aus den Gravitationswellen ,die während der Verschmelzung entstehen,
rauszurechnen stelle ich mir sehr schwierig vor.
Warum wird eigentlich vermutet, dass einige der kollidierten schwarzen Löcher primordial sein könnten? So weit ich das sehe, sind stellare schwarze Löcher die einfachere Erklärung.
@UMa
Weil man aus der Theorie der Sternentwicklung keine stellaren schwarzen Löcher von mehr als 10-15 Sonnenmassen erwartete und weil man nicht wusste, wie man sich die Nähe der schwarzen Löcher im Binärsystem erklären konnte, so dass eine Verschmelzung innerhalb des bisherigen Weltalters möglich war. Die Massen und Verschmelzungszeiten wären aber gut kompatibel mit primordialen schwarzen Löchern, die binnen der ersten 100 Mikrosekunden nach dem Urknall als Binärsysteme aus Dichteschwankungen der Materie hervorgegangen sein könnten.
https://www.epsnews.eu/2016/12/ligo-detected-primordial-black-holes/
@Karl-Heinz
Die Datenanalyse erfolgt so: Zunächst werden numerisch Kandidaten für Kollisionsereignisse durchgerechnet, die im Messbereich liegen: Unterschiedliche Massen der Teilnehmer, unterschiedliche Spins und deren Ausrichtung, etc. Die daraus resultierenden Signaturen werden dann in einer Datenbank gespeichert.
Die Signaturen bestehen aus den Entwicklungskoeffizienten nach bestimmten Basisfunktionen (z.B. Wavelets oder speziell an das Problem angepassten Basisfunktionen)
Auf die Ausgabe der Detektoren wird die gleiche Analyse / Entwicklung nach Funktionen angewandt, und wenn die Koeffizienten einer bekannten Signatur entsprechen bzw. nahe an einer solchen liegen, dann macht es eben Bing!
Aus der Signatur wiederum — bzw. wahrscheinlichen oder „nahen“ Signaturen — erhält man die Parameter der Simulation und damit Aussagen über Eigenschaften der Teilnehmen.
@Alderamin: In deinem Link wird ein nach eigener Aussage neuartiges Szenario beschrieben, welches, falls die Obergrenze aus den CMB stimmt schon, wieder ausgeschlossen werden kann.
Das mit den max 15 Sonnenmassen stimmt für die bisher beobachteten stellaren schwarzen Löcher in der Milchstraße. In der Theorie aber auch nur für Sterne von solarer Metallizität.
Bei massiven Sternen mit geringer Metallizität endet für einen schwachen Sternenwind der größte Teil der Sternenmasse als schwarzes Loch. Siehe Figure 1 hier:
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/818/2/L22
@UMa
Eben, falls:
Außerdem liefert einem dieses Szenario wenigstens einen Teil der Dunklen Materie. Anderswo wurde aber schon wieder dagegen argumentiert (hatte ich neulich mal irgendwo hier verlinkt). PBHs für die LIGO-Events sind eine Arbeitshypothese. Ich selbst bin auch nicht besonders davon überzeugt, dass sie richtig ist, aber Du fragtest ja danach, wie man darauf gekommen sei.
@UMa#57:
Extrem massereiche Sterne der ersten Population haben wahrscheinlich keine SL gebildet, sondern sich äußerst spektakulär komplett zerfetzt und dadurch dem Universum jede Menge schwere Elemente spendiert.(Paarinstabilitäts-SN)
MWn gibt es nur primordiale Kandidaten für mittelschwere, binäre SL.
@Alderamin#52:
Da gibt es durchaus mehr Fälle: Es ist im Grunde der Rückstoß beim inhomogenen Abstrahlen von GW und scheint eher die Regel denn die Ausnahme.
@Krypto
Aber könnte das nicht bedeuten das die ersten extrem schweren Sterne nicht auch in mehr als ein schwarzes Loch „zerfallen“ sind ?
@JoJo
Die Rot bzw. Blauverschiebung ist bei den Sternen die Lageveränderung identifizierter Spektrallinien im Emissionsspektrum stellarer Objekte. Bei den Gravitationswellen gibt es ja keine identifizierten Spektrallinien. Vielleicht aber hast du Recht und man kann über die Signatur etwas über die Verschiebung der Wellenlänge aussagen. 😉
@Krypto: Das hängt wieder von Masse und Metallizität ab. Die meisten scheinen doch schwarze Löcher zu bilden. Siehe
https://en.wikipedia.org/wiki/Supernova#Core_collapse
@Ingo #37
Gut Frage. Masse verwandelt sich in GW’s. Aber wie ??
Sry. Also es ist kinetische Energie. Aber trotzdem ist die Masse ja wech ?
Hilft mir jemand ?
@tomtoo
Gravitative Bindungsenergie des Mondes=1,33 x 10^29 [J].
E=mc^2 => m=E/^2
Bindungsenergie des Mondes als Masse ausgedrückt = 1,47 x 10^12 kg.
Mit anderen Worten: In Einzelteile Zerlegt hat der Mond um 1,47 x 10^12 kg mehr Masse.
Der Mond selbst hat eine Masse von 7,349 x 10^22 kg.
Gravitative Bindungsenergie des Mondes. Energiemenge, die nötig wäre, um sämtliche Materie des Mondes wieder aus dem Gravitationsfeld des Mondes selbst zu entfernen und damit den Mond sozusagen vollständig in seine Einzelteile zu zerlegen. Umgekehrt ist das auch die Energiemenge, die frei wird, wenn sich eine riesige Staubwolke von der Masse des Mondes unter dem Einfluss der Gravitation zu einem Objekt wie dem Mond zusammenzieht.
@tomtoo
Myself
Der Mond strahlt natürlich kaum Gravitationswellen ab, aber ich denke, dass das obige Beispiel geeignet ist, zu zeigen wie Masse in Energie umgewandelt wird.
Bei Helium ist es ähnlich. Auch hier ist die Masse von Helium kleiner als die Summe seiner Einzelteile.
@tomtoo#63:
Masse ist gemäß ART Raumkrümmung.
Und GW sind sich ausbreitende Massewellen.
Die Masse wird im wahrsten Sinne des Wortes davongetragen. 😉
@UMa:
Danke, das wären dann Kandidaten für passende SL.
So wie ich den Artikel über die Kollaps-Simulationen im Kopf habe, verschmelzen beide entstandenen SL recht zügig miteinander und haben relativ ähnliche Masse.
@Karl-Heinz
Also angenommen ein Tischtennisball liegt auf der Erde. Ist das Gesamtsystem , Erde + TT Ball leichter als würde Erde und TT Ball sagen wir mal 2LJ getrennt sein ?
Ohh das ist schwer.
@tomtoo: Ja, denn man müsste ja Energie reingestecken, um sie zu trennen. Und Energie und Masse sind äquivalent.
@Boombox
Ja … Danke für die Anmerkung
@tomtoo
Der Massenerhaltungssatz (Lomonossow-Lavoisier-Gesetz) ist ein Erhaltungssatz im Bereich der Chemie, der besagt, dass sich bei chemischen Reaktionen die Masse nicht spürbar ändert. In der Physik gilt der Satz jedoch nicht.
[…] Astrodicticum Simplex: Der dritte Nachweis von Gravitationswellen ist der Beginn einer völlig neuen Art von Astronomie […]
Lieber Florain, hier ist eine Frage, die ich bis jetzt nirgendwo klären konnte: Wenn sich Gravitation mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, was passiert, wenn sich zwei Körper mit Lichtgeschwindigkeit von einander entfernen? Dann kann sie eigentlich nicht mehr wirken. Passiert z.B. bei der Expansion des Universums, wo uns aus den weitest entfernten Bereichen kein Licht mehr erreicht – also auch keine Gravitation. Somit müsste das Universum ständig gravitationswirksame Massen verlieren. Wird das bei der Expansionsrechnung berücksichtigt?
Zusatzfrage: wenn die Wirkung weg ist, sobald sich Körper mit Lichtgeschwindigkeit von einander entfernen, wäre es dann nicht logisch, dass sie schon vorher bei sehr hohen Relativgeschwindigkeiten abnimmt?
@Raimund: diese Frage ist so in dieser Form sinnlos, da Körper sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können.
Wie ist es denn bei Licht? Wenn sich eine Lichtquelle von uns entfernt, dann müßte doch das Licht, das uns erreicht … äääh … „langsamer“ werden? Nee, oder?
Genau. Es ändert sich lediglich die Frequenz des Lichtes. Dessen Geschwindigkeit bleibt gleich. Im hypothetischen [!!!] Falle, daß diese Lichtquelle tatsächlich c erreichen könnte, würde es aus unserer Position so aussehen, als ob das Signal immer roter wird, dann irgendwann in den IR- und später in den Radiobereich abdriftet und irgendwann nur noch von VLF-Empfängern nachweisbar ist. In allerdings der gleichen Stärke (wenn man die Abschwächung aufgrund der gestiegenen Entfernung ignoriert). Streng genommen würde das Signal in dem Moment abbrechen, wo seine Frequenz zu Null wird. Das ist aber wieder nur hypothetisch, weil das Signal schon weit vorher mit keinem bekannten Detektor mehr aufgenommen werden kann.
Tja: Gravitation scheint auch Wellencharakter zu haben. Das böte also ein ähnliches Szenario…
Drittens:
Vergiß bitte nicht, daß diese Grenze eine perspektivische Grenze ist und nur für unseren Beobachtungspunkt stimmt. Galaxien, die von hier aus gesehen gerader hinter dem Expansionshorizont verschwinden, sind von Galaxien aus, die nur 100 Millionen LJ in der richtigen Richtung entfernt sind, noch locker sichtbar.
@Raimund Zopp:
So wie das sehe, machst du übrigens noch den klassischen Denkfehler, Die Gravitation mit den Gravitationswellen gleichzusetzen. Was immer man über Gravitation noch herausfinden mag, so funktioniert das Ganze aber nicht. Die Gravitation von deinen beiden Körpern wirkt sich in Form einer Raumkrümmung aus. Diese Krümmung wirkt sich theoretisch sogar bis ins Unendliche aus. Die Aufrechterhaltung dieser Krümmung erfordert gerade eben keine Gravitationswellen. Nur die Änderung der Krümmungen lösen Gravitationswellen aus.
Mach es dir einmal an diesem (zugegebenermaßen dummen) Beispiel klar: Du weißt, wie genau die Raumkrümmung an deinem Ort aussieht, und kannst verschiedene Teilkrümmungen verschiedenen Himmelskörpern zuordnen. Jetzt kommt die Gravitationswelle vorbei und erzählt dir: „Wichtige Nachricht! Ich bin so schnell gekommen, wie ich konnte, aber mehr als c geht halt nicht. Die Raumkrümmung von Objekt XY ändert sich mit sofortiger Wirkung – hier sind die genauen Daten.“
damit wird’s aber fast noch spannender – wenn ich die Gravitationswelle, die mir mitteilt, dass der andere Körper sich weiter entfernt hat, nie bekomme, dann sollte sich die Gravitationswirkung doch gar nicht ändern, oder?
@Raimund Zopp:
Ja, gute Frage! Das Problem ist aber: Kannst du den Unterschied überhaupt wahrnehmen? Wenn die Gravitationswelle aufgrund der Tatsache, dass sie „nur“ lichtschnell ist und sich Quelle und Beobachter sich per Expansion des Raumes überlichtschnell voneinander entfernen, dann reden wir über Milliarden von Lichtjahren. Groß wäre der Effekt über diese Distanz hinweg nicht – so viel ist sicher.
@Bullet:
ist schon klar, aber auch perspektivisch betrachtet verschwindet da für jeden Körper im Universum jede Sekunde in Summe eine ziemlich grosse Masse jenseits des Beobachtungshorizonts. Vom Effekt her würde dadurch die Expansions weniger gebremst.
[…] Der dritte Nachweis von Gravitationswellen ist der Beginn einer völlig neuen Art von Astronomie […]
Es sieht so aus, als ob eine großartige Nachricht vor der Tür steht:
https://www.nature.com/news/rumours-swell-over-new-kind-of-gravitational-wave-sighting-1.22482
Es geht um die mögliche Entdeckung einer Neutronenstern-Verschmelzung durch die LIGO-Kollaboration und damit verbundenen Beobachtungen im gesamten EM-Spektrum durch Hubble, Chandra, ALMA & Co. Es wird ein Zusammenhang mir SGRBs vermutet.
Wird am Montag das Verschmelzen zweier Neutronensterne bekannt gegeben?
https://www.faz.net/aktuell/wissen/gravitationswellen-sensation-eine-neue-aera-der-astrophysik-15241709.html
[…] gemacht. Damals wurde der erste konkrete Nachweis von Gravitationswellen bekannt gegeben (siehe hier und die Links in diesem Artikel). Aber schon 1958 hat der Physiker Joseph Webber die Messung von Gravitationswellen verkündet […]
[…] in frühester Phase des Ausbruchs, das Nachleuchten von Gammastrahlen-Bursts (z.B. verursacht von Pulsar-Kollisionen, die man mit den Gravitationswellen-Observatorien LIGO und VIRGO detektieren wird), Ausbrüche von […]
[…] Nachrichten, Musik oder Instragram-Updates nicht mehr per Radiowelle durch die Welt sondern nutzt Gravitationswellen! Das hat den Vorteil, das man so im gesamten Universum gehört werden kann; ganz neue Ziele für die […]