Neue Gravitationswellen aus vier weiteren Verschmelzungen Schwarzer Löcher entdeckt. Insgesamt bis zu 11 Erkennungen jetzt

Auf 11. Februar 2016 , Wissenschaftler an der Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) schrieben Geschichte, als sie den ersten Nachweis von Gravitationswellen (GWs) ankündigten. Seitdem haben mehrere Entdeckungen stattgefunden und wissenschaftliche Kooperationen zwischen Observatorien – wie Advanced LIGO und Fortgeschrittene Jungfrau – ermöglichen ein beispielloses Maß an Sensibilität und Datenaustausch.

Zuvor waren sieben solcher Ereignisse bestätigt worden, von denen sechs durch die Verschmelzung von binären Schwarzen Löchern (BBH) und eines durch die Verschmelzung von a . verursacht wurden binärer Neutronenstern . Aber am Samstag, den 1. Dezember, hat ein Team von Wissenschaftlern die LIGO Wissenschaftliche Zusammenarbeit (LSC) und Jungfrau-Kollaboration vorgeführt neue Ergebnisse das deutete auf die Entdeckung von vier weiteren Gravitationswellenereignissen hin. Damit steigt die Gesamtzahl der in den letzten drei Jahren nachgewiesenen GW-Ereignisse auf elf.

Die Präsentation mit dem Titel „ Populationseigenschaften von binären Schwarzen Löchern, abgeleitet aus den ersten und zweiten Beobachtungsläufen von Advanced LIGO und Advanced Virgo “, wurde während der 2018 Gravitationswellenphysik und Astronomie-Workshop (GWPAW) – die vom 1. bis 4. Dezember an der University of Maryland stattfand.

Künstlerische Darstellung von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern, die als Quelle von Gravitationswellen gelten. Bildnachweis: Bohn, Throwe, Hébert, Henriksson, Bunandar, Taylor, Scheel/SXS

Gehostet von der Gemeinsames Institut für Weltraumwissenschaften (JSI), einer Partnerschaft zwischen der University of Maryland und dem Goddard Space Flight Center der NASA, bringt diese jährliche Veranstaltung Wissenschaftler und Forscher aus der ganzen Welt zusammen, um aktuelle und zukünftige Fragen im Zusammenhang mit der Erkennung und Untersuchung von Gravitationswellen zu diskutieren.

Im Zuge der Präsentation präsentierte Michael Pürrer – Senior Scientist in der Abteilung Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie am AEI Potsdam – im Auftrag der LIGO Scientific Collaboration und Virgo Collaboration am Samstag die Ergebnisse des ersten Katalogs bei GWPAW. Dazu gehörten die sieben zuvor erkannten Ereignisse und die vier kürzlichen Erkennungen. Als er angegeben während der Präsentation:

„In diesem Katalog präsentieren wir eine gründliche Analyse aller 11 Gravitationswellen-Detektionen, die in O1 und O2 gefunden wurden. Wir verlassen uns auf hochmoderne Modelle der Gravitationswellenform, die von diesen katastrophalen Ereignissen ausgesendet werden, um die Massen, Spins und Gezeitenverformbarkeiten der Doppelsterne abzuleiten. Ich bin sehr stolz, Teil dieser herausragenden Leistung der LIGO Scientific Collaboration und Virgo Collaboration gewesen zu sein.“

Die neuen Ereignisse, die alle das Ergebnis von BBH-Fusionen waren, werden aufgrund der Daten, an denen sie entdeckt wurden, als GW170729, GW170809, GW170818 und GW170823 bezeichnet. Alle vier wurden während des zweiten Beobachtungslaufs (O2) der Zusammenarbeit von LIGO und VIRGO entdeckt, der vom 30. November 2016 bis 25. August 2017 dauerte.

Künstlerische Illustration zweier verschmelzender Neutronensterne. Kredit: National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Alessandra Buonanno, die Direktorin der Abteilung für Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie am AEI-Potsdam und Professorin am College Park an der University of Maryland, trug wesentlich zu diesen jüngsten Funden bei. Wie sie in einem kürzlich veröffentlichten AEI angab Pressemitteilung :

„Hochmoderne Wellenformmodelle, fortschrittliche Datenverarbeitung und eine bessere Kalibrierung der Instrumente haben es uns ermöglicht, astrophysikalische Parameter von zuvor angekündigten Ereignissen genauer abzuleiten. Ich freue mich auf den nächsten Beobachtungslauf im Frühjahr 2019, bei dem wir erwarten, mehr als zwei Verschmelzungen schwarzer Löcher pro Monat gesammelter Daten zu entdecken!“

Den Ergebnissen des Teams zufolge umfassen die beobachteten BBHs einen weiten Bereich von Komponentenmassen, von 7,6 bis 50,6 Sonnenmassen. Das Team fand auch heraus, dass es in zwei der BBHs (GW151226 und GW170729) sehr wahrscheinlich ist, dass sich mindestens eines der Schwarzen Löcher dreht. Aber am wichtigsten ist, dass die neuen Entdeckungen zwei neue Rekorde in der Untersuchung von GWs aufgestellt haben.

Zum Beispiel wurde das als GW170818 bekannte Ereignis punktgenau am Himmel auf der nördlichen Himmelshalbkugel von den Observatorien LIGO und Virgo geortet. Tatsächlich wurde es mit einer Genauigkeit von 39 Quadratgrad (195-fache der scheinbaren Größe des Vollmonds) identifiziert und ist damit das bisher am besten lokalisierte BBH.

Künstlerische Darstellung der Verschmelzung von binären Schwarzen Löchern. Bildnachweis: LIGO/A. Simonnet.

Darüber hinaus war das als GW170729 bekannte Ereignis die massereichste und am weitesten entfernte Gravitationswellenquelle, die bisher beobachtet wurde. Neben einem Schwarzen-Loch-Paar, das zusammen mehr als das 50-fache der Sonnenmasse aufwies, fand die Verschmelzung vor 5 Milliarden Jahren statt und setzte das Äquivalent von fast fünf Sonnenmassen in Form von Gravitationsstrahlung frei.

Mit Blick auf die Zukunft hofft das Team, während des dritten Beobachtungslaufs (O3) von Advanced LIGO und Virgo, der Anfang 2019 beginnen soll, weitere Entdeckungen zu machen. Dieser Lauf wird von weiteren Sensitivitäts-Upgrades von LIGO und Virgo sowie den Einbeziehung von Kamioka Gravitationswellendetektor (KAGRA) Observatorium in Japan (möglicherweise gegen Ende von O3).

Als Karsten Danzmann, Direktor der Abteilung Laser Interferometry and Gravitational Wave Astronomy am AEI-Hannover, ausgedrückt :

„Ich freue mich, dass viele der fortschrittlichen Detektortechnologien, die an unserem GEO600-Detektor entwickelt wurden, dazu beigetragen haben, den O2-Lauf so empfindlich zu machen, und dass in O3 eine andere Technologie, die bei GEO600 Pionierarbeit geleistet hat, bei LIGO und Virgo eingesetzt wird.“

Aktuelle und geplante Gravitationswellen-Observatorien (GW) auf der ganzen Welt. Bildnachweis: LIGO-Caltech

Mit diesen Upgrades und der Hinzufügung von KAGRA werden in den kommenden Jahren viele Dutzend GW-Ereignisse erwartet, die aus der Fusion von Binärsystemen resultieren. Diese neuesten Ergebnisse bieten auch eine weitere Validierung der Instrumente der LIGO- und Virgo-Observatorien sowie der Wirksamkeit der dahinterstehenden internationalen Zusammenarbeit.

Und mit der Entdeckung von vier weiteren GW-Ereignissen ist die Zahl der Fallstudien, aus denen Wissenschaftler Erkenntnisse ziehen können, um fast 50 % gestiegen. Auf diese Weise werden sie in der Lage sein, mehr über die Population von Binärsystemen zu erfahren, die GW-Ereignisse verursachen, ganz zu schweigen von der Geschwindigkeit, mit der diese Art von Verschmelzungen stattfindet.

Die Ergebnisse der Recherchen des Teams wurden auch in zwei kürzlich online erschienenen Papieren präsentiert. Das erste Papier „ GWTC-1: Ein Gravitationswellen-Transient-Katalog kompakter binärer Verschmelzungen, die von LIGO und Virgo während des ersten und zweiten Beobachtungslaufs beobachtet wurden , präsentiert einen detaillierten Katalog aller Gravitationswellen-Detektionen.

Das zweite Papier „ Populationseigenschaften von binären Schwarzen Löchern, abgeleitet aus den ersten und zweiten Beobachtungsläufen von Advanced LIGO und Advanced Virgo “ beschreibt die Eigenschaften der verschmelzenden Schwarzen Lochpopulation. LIGO wird von der National Science Foundation (NSF) finanziert und von Caltech und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) betrieben.

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