LIGO erkennt Gravitationswellen
In den Jahren 1915 und 1916 stellte Einstein die damals bekannten Regeln unseres Universums auf den Kopf, indem er postulierte, dass der Weltraum nicht so statisch sei, wie die wissenschaftliche Gemeinschaft glauben gemacht hatte. Der deutsche Physiker stellte vielmehr fest, dass die Geometrie des Universums durch die umgebende Energie und Materie ständig gebogen und verdreht wird. Im Wesentlichen war diese Theorie Teil seiner Arbeit
generelle Relativität Dies erklärt, wie die beobachtete Gravitationsanziehung zwischen Massen das Ergebnis der Verzerrung der Raumzeit durch genau diese Massen ist. Auch heute noch ist Einsteins Arbeit zur Allgemeinen Relativitätstheorie eine der wichtigsten Informationssäulen in der Astrophysik.
Trotz seiner Fortschritte in der Allgemeinen Relativitätstheorie fehlte Einstein völlig die Möglichkeit, nach Gravitationswellen zu suchen, und er hielt es sogar für nahezu unmöglich, sie nachzuweisen. Heute betreiben Forscher von Caltech und MIT jedoch das Doppeldetektor-LIGO-Gerät, das die Fähigkeit besitzt, winzige Vibrationen vorbeiziehender Gravitationswellen zu erkennen. Bereits im September 2015 erhaschte das LIGO-Gerät einen flüchtigen Blick auf ein 50-mal größeres Energiesignal alle Sterne des Universums zusammen (!) und übertrafen den statistischen „Fünf-Sigma“-Standard Bedeutung. Fünf Monate lang analysierte das LIGO-Team das Signal Konvertieren in Audio und lauschen, wie die beiden riesigen Schwarzen Löcher kollidieren.
Empfohlene Videos
„Wir hören sie tatsächlich nachts poltern“, sagt Assistenzprofessor für Physik am MIT. Matthew Evans. „Wir empfangen ein Signal, das auf der Erde ankommt, und wir können es über einen Lautsprecher senden und wir können hören, wie diese Schwarzen Löcher „Whoop“ sagen. Es gibt eine sehr emotionale Verbindung zu dieser Beobachtung. Man hört sich wirklich diese Dinge an, die vorher irgendwie fantastisch waren.“
1992 von Physikern mitbegründet Kip Thorne (mit dem Christopher Nolan bekanntermaßen beriet Interstellar), Ronald Drever von Caltech und MITs Rainer WeißDas LIGO-Experiment wurde ausschließlich zum Zweck der Detektion von Gravitationswellen entwickelt. In den ersten acht Jahren seines Bestehens (2002–2010) gelang es ihm nicht, auch nur eine einzige Gravitationswelle zu entdecken, was dazu führte, dass das Experiment vorübergehend unterbrochen wurde, um verbesserte Detektoren zu installieren. Nach einem fünfjährigen, 200 Millionen US-Dollar teuren Umbau, der hauptsächlich von der National Science Foundation (NSF) finanziert wurde – was tatsächlich gekostet hat 620 Millionen US-Dollar – die neuen und verbesserten LIGO-Einrichtungen in Livingston, Louisiana, und Hanford waren in Betrieb. Washington.
Was das Instrument selbst betrifft, verfügt jeder LIGO-Standort über ein L-förmiges Interferometer mit einer Länge von etwa 4 Kilometern, das einen geteilten Laserlichtstrahl nutzt, der an jedem Arm auf und ab läuft. Während sich die Laser über die Arme bewegen, springen sie zwischen einer Reihe präzise platzierter Spiegel hin und her und überwachen dabei kontinuierlich die genaue Länge, die sie zwischen den einzelnen Spiegeln zurücklegen. Wenn, und in diesem Fall, wenn eine Gravitationswelle das Instrument durchdringt, ändert sich der Abstand, den die Laser zwischen den Spiegeln zurücklegen, auf eine so geringe Weise, dass sie kaum wahrnehmbar ist.
„Man kann es sich fast so vorstellen, als würde man einen Stein auf die Oberfläche eines Teiches fallen lassen und die Wellen erlöschen“, sagt Nergis Malvalvala, Curtis und Kathleen Marble-Professor für Astrophysik am MIT. „[Es ist] etwas, das die Raumzeit um sich herum verzerrt, und diese Verzerrung breitet sich nach außen aus und erreicht uns auf der Erde, Hunderte Millionen Lichtjahre später.“
Nach Durchführung von Computersimulationen der Wellen wurde festgestellt, dass die Energie von Objekten stammte, die etwa 29- und 36-mal so massereich wie die Sonne waren. Vor der jenseitigen Kollision bewegten sich die beiden Objekte nur etwa 210 Kilometer voneinander entfernt, bevor sie schließlich miteinander verschmolzen – also zusammenstießen. Laut LIGO-Mitglied Bruce Allen sind nur Schwarze Löcher in der Lage, so viel Masse in sich aufzunehmen auf engstem Raum und fügte weiter hinzu: „Bevor man grundsätzlich darüber streiten konnte, ob Schwarze Löcher existieren oder nicht; jetzt kannst du nicht mehr.“
Obwohl LIGO-Wissenschaftler in der Lage sind, die Schwere der Kollision zu melden, kam es zu einer unsichtbaren Explosion, die eine Explosion auslösen konnte Obwohl die Atombombenexplosion wie ein bloßer Funke aussah, brauchte sie fast fünf Monate, um sicherzustellen, dass die erste Lesart in war Fakt, echt. Während die Nachricht langsam aus einem entdeckten Gravitationssignal sickerte, arbeiteten die Wissenschaftler Tag und Nacht daran, herauszufinden, ob sie echt war oder nicht. Mögliche Alternativen auf dem Tisch reichten von den falschen Signalen des Labors (oder „Blindinjektionen“) bis hin zu einem ausgewachsenen, von Menschen gemachten Schwindel. Diese Möglichkeiten wurden bald ausgeschlossen, nachdem das Team erkannte, dass es eigentlich keine Blindinjektionstests durchführte und ein gefälschtes Signal höchst unwahrscheinlich war.
„Wir dachten, es würde eine große Herausforderung sein, uns selbst und anderen zu beweisen, dass die ersten paar waren „Die Signale, die wir sahen, waren nicht nur zufällige Zufallssignale und Geräusche“, sagt David, Laborleiter am MIT LIGO Schuster. „Aber die Natur war einfach unglaublich freundlich und hat uns ein Signal geliefert, das sehr groß, extrem leicht zu verstehen und absolut großartig mit Einsteins Theorie übereinstimmt.“
Nachdem das Team nun die Existenz von Gravitationswellen effektiv bewiesen hat, schreit das eigentliche Gefüge der Astrophysik, der Allgemeinen Relativitätstheorie und des gesamten Universums danach, aus einer anderen Perspektive betrachtet zu werden. Als Anmerkungen des Science Mag, räumt der Physiker Marc Kamionkowski von der Johns Hopkins University ein, dass diese Erkenntnisse den Wissenschaftlern die Tür zum Studium öffnen Allgemeine Relativitätstheorie unter extremen Bedingungen – d. h. in Fällen, in denen das Gravitationsfeld eines Körpers fast sein gesamtes Gewicht ausmacht Masse. Das MIT gibt außerdem zu, dass das vom LIGO-Gerät erfasste Gravitationsfeld nur die Spitze des Eisbergs im Hinblick auf die grundlegende Physik unseres Universums darstellt.
„Das eröffnet den Astrophysikern wirklich ein ganz neues Gebiet“, fügt Matthew Evans hinzu. „Wir blicken mit Teleskopen immer in den Himmel und suchen nach elektromagnetischer Strahlung wie Licht, Radiowellen oder Röntgenstrahlen. Jetzt sind Gravitationswellen eine völlig neue Möglichkeit, das Universum um uns herum kennenzulernen.“
In Zukunft beabsichtigt das LIGO-Team, weiterhin die Daten zu sichten, die während des jüngsten Beobachtungslaufs gesammelt wurden, der letzten Monat endete – dem ersten derartigen Lauf, bei dem die verbesserten Sensoren der Ausrüstung zum Einsatz kamen. Während es in der Fülle an Daten nach anderen Gravitationswellensignalen sucht, bereitet sich das Labor nach eigenen Angaben auch darauf vor, im Juli mit der Datenaufzeichnung zu beginnen. Wie aus den Kommentaren von David Shoemaker hervorgeht, hat das Labor nicht die Absicht, sich auf seinen Lorbeeren im Bereich der Gravitationswellen auszuruhen.
„In ein paar Jahren, wenn es vollständig in Betrieb genommen ist, sollten wir Ereignisse von einer ganzen Reihe von Objekten sehen: Schwarze Löcher, Neutronensterne, Supernovae, sowie Dinge, die wir uns noch nicht vorgestellt haben, einmal am Tag oder einmal in der Woche, je nachdem, wie viele Überraschungen es da draußen gibt“, sagt Shoemaker sagt. „Das ist unser Traum, und bisher haben wir keinen Grund zu der Annahme, dass das nicht wahr ist.“
Eine vollständige Zusammenfassung der Ergebnisse des Teams wurde am 11. Februar in den Physical Review Letters veröffentlicht und erklärt die Art und Weise, wie die LIGO-Detektoren die Gravitationswellen erfasst haben. Es ist eine Untertreibung, die Ergebnisse als revolutionär zu bezeichnen, da die Entdeckung selbst das grundlegendste Verständnis unseres Universums drastisch verändert. Was für eine absolut faszinierende Zeit, um am Leben zu sein, oder?
Empfehlungen der Redaktion
- Kleine Schwarze Löcher zwitschern, wenn sie geboren werden, genau wie Einstein es vorhergesagt hat
