Vier neue Quellen von Gravitationswellen

Die Observatorien LIGO und Virgo veröffentlichen außerdem ihren ersten Katalog

Wissenschaftler haben früher aufgezeichnete Daten der Gravitationswellendetektoren LIGO und Virgo genauer durchforstet und dabei vier neue Signale aufgespürt. Sie stammen alle aus der Verschmelzung von Paaren schwarzer Löcher. Auch dieses Mal haben die Forschenden am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover entscheidende Beiträge in Schlüsselbereichen zu den Beobachtungen und ihrer Interpretation geleistet.

Der Raum bebt: Diese numerisch-relativistische Simulation gibt die erste beobachtete Verschmelzung zweier schwarzer Löcher wider, welche die Advanced LIGO-Detektoren am 14. September 2015 gemessen haben.

Während der ersten beiden Beobachtungsläufe hatte der Detektor LIGO in den USA sechs Verschmelzungen von Paaren zweier schwarzer Löcher sowie einen Crash zweier Neutronensterne registriert. Die nun aus den Daten extrahierten vier Ereignisse stammen alle aus der Beobachtungsphase O2, die vom 30. November 2016 bis zum 25. August 2017 dauerte. Die neuen Signale werden als GW170729, GW170809, GW170818 und GW170823 bezeichnet – entsprechend Jahr, Monat und Tag, an denen sie die irdischen Detektoren erreichten.

Die Massen der an den vier Verschmelzungen beteiligten schwarzen Löcher umfassen ein breites Spektrum, das von 7,6 bis 50,6 Sonnenmassen reicht. Das Ereignis GW170729 ist die massereichste und am weitesten entfernte Quelle von Gravitationswellen, die man bisher beobachtet hat. In dieser Verschmelzung, die vor etwa fünf Milliarden Jahren stattfand, wurden fast fünf Sonnenmassen in Gravitationswellen umgewandelt. Und: Bei genauer Betrachtung aller Daten erscheint es als sehr wahrscheinlich, dass bei zwei der beobachteten Verschmelzungen schwarzer Löcher jeweils mindestens eines rotiert.

Das Ereignis vom 18. August 2017 haben die beiden LIGO-Detektoren in den USA sowie das italienische Virgo-Observatorium gemeinsam nachgewiesen. Daher ließ sich die Position der Quelle am nördlichen Himmel vergleichsweise gut lokalisieren, und zwar auf 39 Quadratgrad (entsprechend 195 Vollmondscheiben) genau – so präzise wie nie zuvor.

Gleichzeitig mit der Bekanntgabe der neuen Ergebnisse auf einem Workshop an der University of Maryland (USA) legten die Wissenschaftler einen Katalog aller bekannten Gravitationswellen und Kandidatenereignisse der beiden ersten Beobachtungsläufe vor. Beschrieben werden darin die Eigenschaften der Population verschmelzender schwarzer Löcher im Universum. Vor allem stellen die Forscher fest, dass fast alle aus Sternen entstandenen schwarzen Löcher weniger als die 45-fache Masse unserer Sonne haben.

Panoptikum der Schwerkraftfallen: Die Grafik zeigt die Massen schwarzer Löcher, die mit Gravitationswellen (blau) und durch Beobachtungen im elektromagnetischen Spektrum (lila) erfasst wurden. Im unteren Teil finden sich Neutronensterne, die ebenfalls im „Licht“ registriert wurden (gelb) sowie in Orange die beiden Neutronensterne, die im Ereignis GW170817 verschmolzen, das anhand von Gravitationswellen detektiert wurde. Die Ziffern links in der Grafik geben Sonnenmassen an.

„Modernste Wellenformmodelle, fortschrittliche Datenverarbeitung und eine bessere Kalibrierung der Instrumente haben es uns ermöglicht, astrophysikalische Eigenschaften von bereits zuvor bekanntgegebenen Ereignissen noch genauer zu ermitteln,“ sagt Alessandra Buonanno. Die Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam freut sich auf den nächsten Beobachtungslauf im Frühjahr 2019 und erwartet, dass dann im Schnitt zwei Signale verschmelzender schwarzer Löcher pro Monat gefunden werden.

Im dritten Beobachtungslauf (O3) gehen LIGO und Virgo mit noch einmal verbesserter Empfindlichkeit an den Start. Zudem wird der japanische Gravitationswellendetektor KAGRA möglicherweise gegen Ende von O3 in das Netzwerk aufgenommen. Und es gibt noch eine Neuerung: Bei O3 wollen die Wissenschaftler ihre Messergebnisse sofort bekannt geben, sodass alle Astronomen weltweit – Amateure und Profis gleichermaßen – mit Folgebeobachtungen beginnen können.

Außerdem wird bei der in wenigen Monaten startenden dritten Messperiode bei LIGO und Virgo eine technische Neuerung eingesetzt, das sogenannte gequetschte Licht: „Bisher schon wurden an den großen Detektoren viele Technologien eingesetzt, die wir an unserer Anlage GEO600 entwickelt haben. Jetzt kommt mit dem gequetschten Licht ein weiteres Verfahren hinzu, für das wir Pionierarbeit geleistet haben“, sagt Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover.

EM / HOR / KNI

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