Gerade einmal 18 Wochen ist es her, als am 11. Februar vom LIGO Observatorium vermeldet wurde, dass Gravitationswellen erstmals experimentell nachgewiesen worden waren. Diese Entdeckung bestätigte eine weitere Facette von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie – dass beschleunigte Massen Energie in Form von Gravitationswellen abstrahlen. Nun wurden die Ergebnisse zu einem weiteren gemessenem Signal veröffentlicht – es ist wieder passiert.
Beobachten mit Gravitationswellen
Tatsächlich wurde die resultierende Stauchung und Streckung der Raumzeit bereits am 26.12 detektiert, die Analyse hat allerdings etwas gedauert. Zur Erinnerung: Das allererste Gravitationswellensignal wurde am 14. September entdeckt, die Verlautbarung erfolgte eben am 11. Februar, also etwa 5 Monate später – so wie jetzt auch. Noch während das September Signal analysiert wurde, schlugen also die Detektoren erneut an. Großartig! Dies zeigt, dass unsere Technologie am besten Weg dahin ist, tatsächlich Gravitationswellenastronomie betreiben zu können.
Bislang haben wir die Möglichkeit, das Universum in verschiedenen Spektralbereichen des Lichts zu beobachten, sowie über Teilchen Aufschluss über Ereignisse zu bekommen. Neutrinos verraten uns sogar etwas über die Vorgänge im Inneren unserer Sonne!
Abgesehen von Neutrinos haben all diese Methoden aber den Nachteil, dass es quasi direkte Sichtverbindung zum Beobachtungsziel geben muss. Licht und Teilchen können absorbiert werden, einzig Neutrinos sind nicht von diesem Nachteil betroffen, aber im Fall eines schwarzen Lochs versagt auch diese Methode. Gravitationswellen jedoch, bieten selbst hier noch die Möglichkeit ein paar Details herauszukitzeln. Im Februar habe ich aus gegebenem Anlass bereits etwas zu Gravitationswellen und deren Bedeutung geschrieben.
Was beobachtet wurde
Im aktuellen Fall kann das beobachtete Signal wieder auf die Verschmelzung zweier sich umkreisender schwarzer Löcher zurückgeführt werden. Diese befanden sich in 1.4 Milliarden Lichtjahre Entfernung. Eigentlich eine unvorstellbare Distanz – unser Sonnensystem hat einen ungefähren Radius (von der Sonne zum Orbit von Neptun) von 250 Lichtminuten. Noch weit weg von einem Lichtjahr. Nichtmal mit dem durchschnittlichem Radius unserer Galaxie, etwa 50 000 Lichtjahre, kommen wir in die Nähe dieser Distanz.
Die verschmolzenen schwarzen Löcher hatten acht, das andere 14 Sonnenmassen. Dies resultierte zwar in einem schwächeren Signal als dem im September, aufgrund der kleineren Masse erreichten diese jedoch früher eine höhere Rotationsfrequenz und somit eine stärkerer Beschleunigung, welche wiederum in stärkerer Abstrahlung von Gravitationswellen resultierte. Dies reichte aus um für längere Zeit im Sensitivitätsbereich von LIGO zu liegen. Kurz gesagt: Innerhalb einer Sekunde umkreisten die beiden schwarzen Löcher einander 27 mal bevor die Verschmelzung abgeschlossen war. Übrig blieb ein einziges mit 21 Sonnenmassen – eine ganze Sonnenmasse ging also verloren. Eine. Ganze. Sonnenmasse. Das nächste Mal wenn ihr am Himmel die Sonne seht – einfach mal dran denken. In Kilogramm wären das etwa $20\cdot 10^{30}$ kg. Nur halt als Gravitationswellen abgestrahlt.
Man konnte sogar noch mehr aus dem Signal herausbekommen. Zumindest eines der beiden schwarzen Löche wies einen Spin auf, drehte sich also noch zusätzlich um die eigene Achse. Davon bleibt dessen Form nicht ganz unbeeinflusst und – könnte man es sich ansehen – würde es wohl an den Polen etwas abgeflacht sein.
Alles in allem stellt diese – so bald erfolgte erneute Detektion – eine tolle Nachricht für das im entstehen begriffene Feld der Gravitationswellenastronomie dar. Um so früher wir mit einer neuen Methode bislang unbeobachtbare Vorgänge im Universum beobachten können, um so früher gibt es neue Möglichkeiten unsere Theorien zu überprüfen und neue Sachen zu lernen. Immerhin gibt es nichts spannenderes als wenn man auf unbekannte Phänomene stößt.
Weiterführendes
Gravitationswellen und ihre Bedeutung
Verlautbarung der Entdeckung bei LIGO
B.P. Abbott et al. (2016) – GW151226: Observation of Gravitational Waves from a 22-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence Phys. Rev. Lett. 116, 241103.
