Home |
Wir über uns |
Aktuelles |
Termine |
So finden Sie uns |
Galerie |
Beobachtung/Praxis |
Ausrüstung/Technik |
Kontakt/Impressum |
Links |
Partner-Seiten |
Noch mehr Gravitationswellen entdeckt? Die Entdeckung von Gravitationswellen [1, 2] am 14. September 2015 zieht bereits Kreise: in den ersten Tagen nach der Bekanntgabe der Entdeckung von Gravitationswellen am 11. Februar überschlagen sich die Ereignisse: Insgesamt soll das Gravitationswellen-Interferometer LIGO [1] bereits 4 Ereignisse gemessen haben. Und: das Gammastrahlenteleskop Fermi [1] hat wahrscheinlich das Ereignis vom 14. September letzten Jahres ebenfalls gemessen.
I Bereits 4 Ereignisse gemessen? Der LIGO-Mitbegründer Rainer Weiss [MIT, 1, 2] hat kurz danach in einem Zeitungsinterview [4] mitgeteilt, dass es am LIGO bis Ende Januar - dem Ende des 1. Runs [1] - bereits 4 Ereignisse gebe [3]. Man habe bereits kurz nach dem September-Ereignis am LIGO ein schwächeres Signal gemessen, das wahrscheinlich ebenfalls von zwei Schwarzen Löchern stamme. Bisher existieren wahrscheinlich diese 4 Gravitationswellenereignisse:
zumindest, wenn man sich die Datenbank des LIGO anschaut (Abb. 1), die Allerdings war dort ein potentielles 4. Ereignis vom Januar (noch) nicht aufgeführt:
Abb. 1 Ausschnitt der Datenbank des LIGO.
Merkwürdigerweise sind die beiden Datensets einige Tage später aus dieser Liste verschwunden ... Bezeichnungen LVT151012
Abb. 2 Das LIGO-Ereignis LVT15012.
Das Signal vom 12. Oktober 2015 ist nicht so stark ausgeprägt wie das vom 14. September [2]. Zum Zeitpunkt des Signals war das Rauschniveau [1] höher als im September, möglicherweise verursacht durch eine stärkere Erdbebenaktivität (auf der Erde). Jedoch existiere bisher kein Hinweis, dass das Signal durch einen Artefakt verursacht wurde, so die Verantwortlichen. Wahrscheinlich stamme LVT151012 ebenfalls von einer astrophysikalischen Quelle, so die LIGO-Forscher. Dabei handelt es sich wahrscheinlich wiederum um zwei miteinander verschmelzende Schwarzen Löcher mit Massen von Das Duo sei weniger schwer als im Falls des September-Ereignisses und weiter entfernt als GW150914: LVT151012 befindet sich wahrscheinlich in einer Entfernung von rund 3,6 Milliarden Lichtjahren [1]. LVT151012 sei das vielversprechendste Signal neben GW150914; jedoch sei das Signal - nach Meinung einiger Beteiligter - nicht signifikant genug (2,33 σ), um es bereits jetzt als Entdeckung zu bezeichnen. Mit einer Wahrscheinlichkeit von 2 Prozent könnte es sich bei LVT151012 noch um einen "falschen Alarm" handeln, d.h. mit einer Wahrscheinlichkeit von 98 Prozent um eine reale Messung. Man prüfe derzeit, ob es sich um ein reales Ereignis oder Rauschen handele. Dagegen hat ein LIGO-Wissenschaftler gegenüber physicsworld.com [1] mitgeteilt, das Ereignis vom Oktober sei ähnlich dem vom 14. September Es gebe ausserdem andere (weniger signifikante) Ereignisse in den LIGO-Daten; die meisten dieser Ereignisse seien jedoch auf Störungen im Detektor zurückzuführen, so die Verantwortlichen. Nun werde geprüft, ob es sich ebenfalls um Signale von Gravitationswellen handele. [Anm.: Wahrscheinlich handelt es sich dabei um die Ereignisse vom Dezember und Januar.] Bereits jetzt deutet sich an, dass die Rate von miteinander verschmelzenden Schwarzen Löchern im Universum wesentlich höher sein könnte als angenommen: zwischen 6-400 Ereignisse pro Kubikparsec [1] pro Jahr. Abschätzungen zufolge entspreche diese jährliche Anzahl der Ereignisse* einer potentiellen Messung (von dabei ausgesandten Gravitationswellen) auf der Erde von einem Ereignis alle 15 Minuten!!! [* für Paare massereicher stellarer Schwarze Löcher] II Fermi hat es auch gesehen? Gammastrahlenburst (GRB) [1]. Fermi ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA [1] und anderen, meist europäischen Ländern. Inzwischen ist der Fachartikel zumindest als Vorabdruck im Internet eingestellt [3].
Abb. 3 Das Gammastrahlen-Teleskop Fermi.
Etwa 0,4 Sekunden nachdem LIGO das Gravitationswellenereignis der verschmelzenden Schwarzen Löcher vom 14. September gemessen hat, detektierte Fermi ein Gammastrahlensignal oberhalb einer Energie von Die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei dem Signal um ein "falsches Signal" handelt, liegt im Bereich von 0,0022 Prozent. Das bedeutet, die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei den beiden Signalen um die gleiche Quelle handelt, ist relativ hoch. Was ist ein Gammastrahlenburst? Normalerweise scheinen die GRBs zufällig aus allen Himmelsrichtungen zu kommen. Das bedeutet: die Ereignisse stammen nicht aus unserer Milchstrasse [1]. Falls die bisher beobachteten GRBs galaktischen Ursprungs wären, würden die meisten Ereignisse entlang der Ebene der Milchstrasse [1] erscheinen; dort befindet sich der Grossteil der Materie unserer Galaxis [1]. Diese GRBs stammen wahrscheinlich von kollidierenden Neutronensternen [1] oder dem Einfang eines Neutronensterns durch ein Schwarzes Loch. Das Fermi-Signal vom 15. Oktober 2015 stammt höchstwahrscheinlich von einer extraterrestrischen Quelle: ein Ursprung des Signals in der Milchstrasse oder der Erde kann aufgrund des beobachteten harten Energiespektrums [1] des Ereignisses ausgeschlossen werden. Die Zeitdifferenz von 0,4 Sekunden Das besagte Gammastrahlenereignis fand am 14. September 2015 um 09:50:45,8 UT [1] statt, nur 0,4 Sekunden nach dem LIGO-Ereignis um 09:50:45,39, und dauerte rund eine Sekunde [3]. Unglücklicherweise blickte Fermi zur Zeit des beim LIGO am "Die wahrscheinlichte Position bzw. Richtung des Gammastrahlensignals GW150914-GBM (vom 14. September 2015) fällt mit der wahrscheinlichen Position bzw. Richtung der Gravitationswellenquelle GW150914 zusammen." Der GRB vom 14. September 2015 besitzt einige Eigenschaften, die darauf schliessen lassen, dass es sich bei dem LIGO- und dem Fermi-Signal um das gleiche Ereignis handelt: (1) Der GRB war relativ schwach, besitzt jedoch ein hartes Röntgenspektrum [1]; dies schliesst (wahrscheinlich) aus, dass es sich um eine bekannte Quelle innerhalb der Milchstrasse handelt. (2) Die Zeitdifferenz von 0,4 Sekunden entspricht einem 10-17-tel der Entfernung der beiden Schwarzen Löcher von der Erde [1,3 Milliarden Lj]. Natürlich könnte es sich bei dem GRB um ein extragalaktisches Ereignis [1] - wie beispielsweise die Kollision zweier Neutronensterne - handeln, die zufällig in etwa der gleichen Richtung wie das LIGO-Signal und lediglich 0,4 Sekunden nach der Gravitationsstrahlung auftrat. Jedoch ist das nicht sehr wahrscheinlich. Da der GRB relativ schwach war, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um einen "falschen Alarm" handelt, ebenfalls sehr gering. Die Verantwortlichen schliessen einen Zusammenhang des Fermi-Signals mit einer bekannten astrophysikalischen, solaren, terrestrischen oder magneto- Wenn man annimmt, dass beide Ereignisse den gleichen Ursprung besitzen, bedeutet das, dass der GRB ebenfalls in einer Entfernung von rund Aus dem Maximum des GRB (scheinbare Helligkeit [1] des Peaks) kann man die entsprechende Leuchtkraft [1] der Quelle ableiten: Falls dieser GRB von zwei miteinander verschmelzenden Schwarzen Löchern stammt, wäre das überraschend: bisher nahm man stets an, dass im Falle der Verschmelzung zweier stellarer Schwarzer Löcher keine Akkretionsscheibe [1] existiert, die Gammastrahlen aussenden könnte. Jedoch weiß das niemand mit Sicherheit. Wenn man glaubt, dass das Gammastrahlen- und das Gravitationswellen-Signal von dem gleichen Ereignis stammt, entspricht das einem Test, bei dem man misst, ob die Lichtgeschwindigkeit [1] mit der Geschwindigkeit der Gravitationswellen übereinstimmt. In diesem Fall lautete das Ergebnis: die Geschwindigkeit der Gravitationswellen und der Wert der Lichtgeschwindigkeit stimmen bis auf 10-17 (0,00000000000000001) überein.
Abb. 4 Vergleich der Richtung des Ereignisses GW150914 von LIGO und Fermi.
Der Richtungsabgleich die Gammastrahlen, die Fermi beobachtete, scheinen aus der Richtung der beiden verschmelzenden Schwarzen Löcher zu kommen, die am LIGO beobachtet wurden.
Abb. 5 Direkter Vergleich der Ereignisse vom 14. September 2015.
Am 14. September 2015 wurde zum betreffenden Zeitpunkt nur ein Gammastrahlenereignis gemessen. Glauben Sie, das Gammastrahlenereignis, das Fermi an diesem Tag gemessen hat, hat nichts mit dem LIGO-Signal zu tun, obwohl es nur 0,4 Sekunden nach der Gravitationstrahlung (in etwa der gleichen Richtung) gemessen wurde? Das einzige andere Ereignis, das Fermi am 14. September gemessen hat, fand erst 11 Sekunden später als die Messung der Gravitationswellen statt [3]. Wie wurde diese Gammastrahlung erzeugt und wie viel davon? Am Maximum der Gravitationswellenstrahlung (Peak [1, 2]) betrug die abgestrahlte Leistung der Gravitationswellen einige 1042 Watt [2] (plus-minus eine Grössenklasse). In diesem Fall könnte ein Millionstel der Energie, die in den Gravitationswellen steckte, in Gammastrahlung ungewandelt worden sein. Diese Abschätzung klingt plausibel. Der Raum um das finale Schwarze Loch war wahrscheinlich relativ leer. Woher soll in diesem Fall die Gammastrahlung stammen? Eine mögliche Erklärung: Im Raumbereich um die Schwarzen Löcher könnte sich sehr wohl Materie aufgehalten haben, beispielsweise Gas und Staub als Überrest der (ehemaligen) Akkretionsscheiben um die Sternmonster - vor der Verschmelzung der beiden Objekte. Die Restmaterie der verbleibenden Akktionsscheiben könnte durch die verschmelzenden Schwarzen Löcher stark beschleunigt worden sein: dabei entstand möglicherweise die gemessene Gammastrahlung. Jedoch sind einige Wissenschaftler der Auffassung, dass sich um die verschmelzenden Schwarzen Löcher KEINE Materie aufgehalten haben kann - aus welchem Grund auch immer. Allerdings hat bisher niemand die Umgebung zweier sich umkreisender schwerer stellarer Schwarzen Löcher beobachtet. Alternative Erklärungsversuche (2) Ein Riesenstern zerbröselt Woher stammen dann die beiden Schwarzen Löcher? In diesem Fall befänden die beiden Schwarzen Löcher nicht isoliert im Raum, sondern sich im Inneren eines massereichen Sterns oder dessen Rest. Die übriggebliebene Materie - der Ursprung des GRB - bestünde aus dem Rest des massereichen Sterns [6]. Bei der Verschmelzung der beiden Schwarzen Löcher in der restlichen Sternhülle entstand daher ein Ausfluß von Materie, der Ursache des GRB. Alternativ könne der GRB von einem Jet [1] stammen, der seine Ursache in der Akkretionsscheibe des Sternrestes um das (neue) Schwarze Loch habe, so der Forscher. Und woher stammt die Zeitverzögerung von 0,4 Sekunden? Das klingt nach einem "netten" Erklärungsversuch. Allerdings sei diese Alternative nicht "fehlerfrei", das räumt der Forscher selbst ein. Die Frage laute, weshalb das GRB-Signal so schwach gewesen sei. Das erklärt die Alternative damit, dass der beobachtete GRB lediglich ein Teil eines längeren und schwächeren Signals gewesen sei; der beobachtete GRB stelle sozusagen nur die "Spitze des Eisbergs" dar. (3) Alles war ganz anders Zudem sei habe man einen Grenzwert für die mit dem Ereignis vom Die Rekonstruktion des LIGO-Ereignisses favorisiere ein Ereignis unter Beteiligung zweier Schwarzer Löcher. In diesem Fall sei keinerlei - am Ort der Erde beobachtbare - Gammastrahlung zu erwarten, falls das Duo nicht von einer sehr dichten Gaswolke umgeben sei. (Aber das sei unwahrscheinlich.) Falls es sich jedoch bei einem der beiden Objekte um einen exotischen Stern [1] handele - beispielsweise einen Quark-Stern [1] oder einen Bosonen-Stern [1], etc. -, könne die Emission von elektromagnetischer Strahlung nicht ausgeschlossen werden. Bisher gäbe es jedoch für diese exotische Lösung keinerlei zuverlässige Vorhersage. Woher am Himmel kam die Gammastrahlung?
Abb. 6 Positionierung des Grammastrahlensignals vom 14. September 2015.
Fazit Befindet sich das Fermi-Ereignis - wie das LIGO-Signal - ebenfalls in einer Entfernung von etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren, entspricht die Messung im Energiebereich von 1 keV bis 10 MeV einem Energieausstoß des Ereignisses von 1,8 1049 erg pro Sekunde [1, 3]. Das ist unglaublich hoher Wert und spricht für die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher. Auf die weitere Auswertung sind wir gespannt. Fest steht jedoch: LIGO hat uns dazu verholfen das Universum zu "hören". Die nun notwendige Kombination des Sehens (im Gammastrahlenbereich) und des Hörens (Gravitationswellen) scheint die Sicht auf unser Universum noch spannender werden zu lassen. Für alle Chary-Brown-Fans [1] existiert übrigens ein nettes Video [8], das das LIGO-Ereignis vom 14.09.2015 beschreibt. Die Protagonisten sind Charly Brown und - natürlich - Woodstock [1].
Falls Sie Fragen und Anregungen zu diesem Thema haben, schreiben Sie uns unter kontakt@ig-hutzi-spechtler.eu
Ihre
Quellenangaben: [1] Mehr Information über astronomische Begriffe [2] http://ig-hutzi-spechtler.eu/aktuelles__gravitationswellen__hauptseite.html [3] Connaughton, V., et al., LIGO preprint (2016) [4] The New York Times, nyt.com [5] www.forbes.com [6] Loeb, A., New Scientist (16 Feb 2016) [7] Savchenko, V., et al., INTEGRAL Scientific Preprint (12 Feb 2016) [8] Witziges Charly-Brown-Video zum Ablauf des LIGO-Ereignisses vom 14.09.2016
|
|