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Dr. Benjamin Knispel
Dr. Benjamin Knispel
Pressereferent AEI Hannover
Telefon:+49 511 762-19104Fax:+49 511 762-17182

Albert-Einstein-Institut Hannover

http://www.aei.mpg.de

Dr. Elke Müller
Dr. Elke Müller
Pressereferentin AEI Potsdam-Golm
Telefon:+49 331 567-7303Fax:+49 331 567-7298

Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Potsdam-Golm

http://www.aei.mpg.de

Veröffentlichungen

1.
The LIGO Scientific Collaboration, The Virgo Collaboration
GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs
2.
The LIGO Scientific Collaboration, The Virgo Collaboration
Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo

Weitere Informationen

Das Orrery von LIGOs und Virgos schwarzen Löchern

Computerberechnungen modellieren die Gravitationswellen, die LIGO in O1 und O2 beobachtet hat und die schwarzen Löcher, die die Wellen abstrahlen. Der Film zeigt die Ereignishorizonte der schwarzen Löcher und darunter das entsprechende Gravitationswellensignal.

Vier neue Gravitationswellen-Nachweise von LIGO und Virgo bekannt gegeben

Die Observatorien veröffentlichen auch ihren ersten Gravitationswellen-Katalog

3. Dezember 2018

Am Samstag präsentierten Wissenschaftler*innen der LIGO Scientific Collaboration und Virgo Collaboration auf dem Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) an der University of Maryland, in College Park, neue Ergebnisse ihrer Suche nach verschmelzenden kosmischen Objekten, wie Paaren schwarzer Löcher und Neutronensterne. Zusätzlich zu den bereits veröffentlichten sechs Verschmelzungen von schwarzen Löchern und einer Verschmelzung von zwei Neutronensternen entdeckten die Wissenschaftler vier weitere Verschmelzungen schwarzer Löcher in den Daten. Wie zuvor haben Wissenschaftler*innen am AEI in Potsdam und Hannover sowie der Leibniz Universität Hannover entscheidende Beiträge in Schlüsselbereichen zu den Beobachtungen und ihrer Interpretation geleistet.

Während des ersten Beobachtungslaufs O1 vom 12. September 2015 bis 19. Januar 2016 wurden Gravitationswellen von drei Verschmelzungen schwarzer Löcher gefunden. Im zweiten Beobachtungslauf, der vom 30. November 2016 bis zum 25. August 2017 dauerte, gab es eine Neutronenstern-Verschmelzung und sieben weitere Verschmelzungen schwarzer Löcher, einschließlich der vier neuen Ereignisse, die nun präsentiert werden. Die neuen Ereignisse werden als GW170729, GW170809, GW170818 und GW170823 bezeichnet, entsprechend den Tagen, an denen sie die Detektoren erreichten. Mit dem Nachweis von vier weiteren Verschmelzungen schwarzer Löcher erfahren die Wissenschaftler*innen mehr über die Population dieser Systeme im Universum und über die Häufigkeit dieser Ereignisse.

Die Massen der an den Verschmelzungen beteiligten schwarzen Löcher umfassen ein breites Spektrum, das von 7,6 bis 50,6 Sonnenmassen reicht. Das neue Ereignis GW170729 ist die massereichste und am weitesten entfernteste Gravitationswellenquelle, die man bisher beobachtet hat. In dieser Verschmelzung, die vor etwa 5 Milliarden Jahren stattfand, wurden fast fünf Sonnenmassen in Gravitationswellen umgewandelt.

Die Massen der Überreste von Sternen werden auf vielfältige Weise gemessen. Diese Grafik zeigt die Massen schwarzer Löcher, die durch elektromagnetische Beobachtungen (lila) erfasst wurden, die der schwarzen Löcher, die durch Gravitationswellenbeobachtungen von LIGO und Virgo gemessen wurden (blau), Neutronensterne, die im elektromagnetischen Bereich beobachtet wurden (gelb) und die Massen der Neutronensterne, die im Ereignis GW170817 verschmolzen, das anhand von Gravitationswellen (orange) beobachtet wurde. Bild vergrößern
Die Massen der Überreste von Sternen werden auf vielfältige Weise gemessen. Diese Grafik zeigt die Massen schwarzer Löcher, die durch elektromagnetische Beobachtungen (lila) erfasst wurden, die der schwarzen Löcher, die durch Gravitationswellenbeobachtungen von LIGO und Virgo gemessen wurden (blau), Neutronensterne, die im elektromagnetischen Bereich beobachtet wurden (gelb) und die Massen der Neutronensterne, die im Ereignis GW170817 verschmolzen, das anhand von Gravitationswellen (orange) beobachtet wurde. [weniger]

Bei zwei Verschmelzungen schwarzer Löcher (GW151226 und GW170729) ist es sehr wahrscheinlich, dass sich mindestens eines der beteiligten schwarzen Löcher dreht. Eines der neuen Ereignisse, GW170818, das die drei LIGO- und Virgo-Observatorien gemeinsam nachwiesen, ließ sich sehr genau am Himmel lokalisieren. Seine Position wurde mit einer Genauigkeit von 39 Quadratgrad (195-mal die scheinbare Größe des Vollmonds) in der nördlichen Himmelshalbkugel bestimmt. Es ist damit die bisher am genauesten lokalisierte Verschmelzung schwarzer Löcher.

Ereignis m1/MSonne m2/MSonne Mf/MSonne Signallaufzeit in Jahren
GW150914 (BBH) 35,6 30,6 63,1 1,2 Milliarden
GW151012 (BBH) 23,3 13,6 35,7 2,6 Milliarden
GW151226 (BBH) 13,7 7,7 20,5 1,2 Milliarden
GW170104 (BBH) 31,0 20,1 49,1 2,4 Milliarden
GW170608 (BBH) 10,9 7,6 17,8 0,9 Milliarden
GW170729 (BBH) 50,6 34,3 80,3 5,0 Milliarden
GW170809 (BBH) 35,2 23,8 56,4 2,5 Milliarden
GW170814 (BBH) 30,7 25,3 53,4 1,6 Milliarden
GW170817 (BNS) 1,46 1,27 ≤2,8 130 Millionen
GW170818 (BBH) 35,5 26,8 59,8 2,5 Milliarden
GW170823 (BBH) 39,6 29,4 65,6 3,9 Milliarden

Tabelle 1: Insgesamt wurden bisher zehn Verschmelzungen schwarzer Löcher und eine Neutronensternverschmelzung sicher entdeckt. Die nun erstmals gemeldeten Ereignisse sind blau dargestellt. Mf ist die Masse des nach der Verschmelzung entstandenen schwarzen Lochs. Die Massendifferenz zwischen der Summe der beiden verschmelzenden Objekte und Mf wurde in Energie in Form von Gravitationswellen abgestrahlt.

Die wissenschaftlichen Arbeiten, die diese neuen Ergebnisse beschreiben, enthalten einen Katalog aller Gravitationswellen und Kandidatenereignisse der beiden ersten Beobachtungsläufe. Sie beschreiben die Eigenschaften der Population verschmelzender schwarzer Löcher im Universum. Vor allem stellen die Forscher*innen fest, dass fast alle aus Sternen entstandenen schwarzen Löcher weniger als die 45-fache Masse unserer Sonne haben.

„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, Direktorin der Abteilung „Astrophysikalische und kosmologische Relativitätstheorie“ am AEI in Potsdam und College Park-Professorin an der University of Maryland. „Ich freue mich auf den nächsten Beobachtungslauf im Frühjahr 2019, bei dem wir erwarten, im Schnitt zwei Signale verschmelzender schwarzer Löcher pro Beobachtungsmonat zu finden!“

„Ich freue mich, dass viele der fortschrittlichen Detektortechnologien, die an unserem Detektor GEO600 entwickelt wurden, dazu beigetragen haben, die Instrumente im Beobachtungslauf O2 so empfindlich zu machen, und dass in O3 eine weitere Technologie, für die GEO600 Pionierarbeit geleistet hat, nämlich gequetschtes Licht, in LIGO und Virgo eingesetzt wird,“ sagt Karsten Danzmann, Direktor der Abteilung „Laserinterferometrie und Gravitationswellenastronomie“ am AEI in Hannover.

Dreifach genäht hält besser

Die elf mit Sicherheit gemessenen Gravitationswellen wurden durch drei unabhängige Analysen in den Daten entdeckt: zwei verschiedene, so genannte matched-filter-Analysen, die auf relativistischen Modellen von Verschmelzungen kompakter Binärsysteme und den dabei abgestrahlten Gravitationswellen basieren und eine unmodellierte Suche nach kurzzeitigen Ausbrüchen. Zusätzlich zu diesen Entdeckungen stellten die Wissenschaftler*innen 14 schwächere, als Gravitationswellen-Kandidaten bezeichnete Ereignissen vor, die durch die beiden matched-filter-Analysen identifiziert wurden.

Nächster Schritt: Beobachtungslauf O3

Der dritte Beobachtungslauf (O3) von Advanced LIGO und Virgo soll Anfang 2019 beginnen. Mit weiteren Empfindlichkeitsverbesserungen für LIGO und für Virgo sowie der Aussicht, dass der japanische Gravitationswellendetektor KAGRA möglicherweise gegen Ende von O3 in das Netzwerk aufgenommen wird, werden in den kommenden Jahren viele Dutzende von binären Beobachtungen erwartet.

In O3 werden Gravitationswellenbeobachtungen sofort breit bekannt gegeben, so dass alle Astronomen – Amateure und Profis gleichermaßen – Folgebeobachtungen durchführen können.

Wichtige Beiträge des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover sowie der Leibniz Universität Hannover

Forscher*innen des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut; AEI) und der Leibniz Universität Hannover (LUH) haben wichtige Beiträge zur Beobachtung und Interpretation der Signale geleistet und hochgenaue Modelle für Gravitationswellen von Doppelsystemen schwarzer Löcher und Neutronensterne entwickelt. Diese Modelle waren sowohl für die Entdeckung der Signale als auch für die Bestimmung der astrophysikalischen Eigenschaften ihrer Quellen unerlässlich. „In diesem Katalog präsentieren wir eine gründliche Analyse aller elf Gravitationswellen-Messungen, die in O1 und O2 gefunden wurden. Wir stützen uns dabei auf die modernsten Modelle der Gravitationswellen, die von diesen Großereignissen im All abgestrahlt werden, um die Massen, Eigendrehungen und Gezeitendeformationen der Binärsysteme abzuleiten. Ich bin sehr stolz darauf, an dieser herausragenden Leistung der LIGO Scientific Collaboration und Virgo Collaboration beteiligt gewesen zu sein“, sagt Michael Pürrer, Wissenschaftler in der Abteilung „Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie“ am AEI in Potsdam. Pürrer präsentierte am Samstag stellvertretend für die LIGO Scientific Collaboration und Virgo Collaboration die Ergebnisse dieses ersten Katalogs bei der GWPAW.

AEI-Wissenschaftler*innen haben auch Schlüsseltechnologien zur Detektorentwicklung beigetragen, die am Gravitationswellendetektor GEO600 bei Hannover getestet wurden. Darüber hinaus entwickelten und implementierten sie wichtige Elemente der Algorithmen und Software zur Datenanalyse und stellten die leistungsfähigsten Computersysteme für die Analyse zur Verfügung.

Die Kooperationen

LIGO wird von der NSF finanziert und von Caltech und MIT betrieben, die LIGO konzipierten und die Initial- und Advanced-LIGO-Projekte leiteten. Finanzielle Unterstützung für das Advanced LIGO-Projekt wurde hauptsächlich von der NSF geleistet, wobei Deutschland (Max-Planck-Gesellschaft), Großbritannien (Science and Technology Facilities Council) und Australien (Australian Research Council-OzGrav) signifikante Verpflichtungen eingingen und Beiträge zum Projekt leisteten. Mehr als 1.200 Wissenschaftler aus der ganzen Welt sind durch die LIGO Scientific Collaboration, zu der auch die GEO Collaboration gehört, an der Unternehmung beteiligt. Eine Liste weiterer Partner finden Sie unter https://my.ligo.org/census.php.

Die Virgo-Kollaboration besteht aus mehr als 300 Physiker*innen und Ingenieur*innen, aus 28 verschiedenen europäischen Forschungsgruppen: sechs vom Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Frankreich, elf vom Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in Italien, zwei in den Niederlanden bei Nikhef, das MTA Wigner RCP in Ungarn, die POLGRAW-Gruppe in Polen, Spanien mit IFAE und den Universitäten Valencia und Barcelona, zwei in Belgien mit den Universitäten Lüttich und Löwen, die Universität Jena in Deutschland und das European Gravitational Observatory (EGO), die Dacheinrichtung des Virgo-Detektors nahe Pisa in Italien, gefördert von CNRS, INFN und Nikhef. Eine Liste der Mitglieder der Virgo-Kollaboration finden Sie unter http://public.virgo-gw.eu/the-virgo-collaboration/. Weitere Informationen finden Sie auf der Virgo-Website unter www.virgo-gw.eu.

Veröffentlichungen

Zwei Publikationen, in denen die neuen Ergebnisse beschrieben werden, sind auf dem Archiv für elektronische Preprints (ArXiv) verfügbar:

1) “GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs” präsentiert einen detaillierten Katalog aller Gravitationswellennachweise.

2) “Binary Black Hole Population Properties Inferred from the First and Second Observing Runs of Advanced LIGO and Advanced Virgo” beschreibt die Eigenschaften der Population verschmelzender schwarzer Löcher.

 
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