Doppelt so viele Signale im neuen Gravitationswellen-Katalog
Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik und der Leibniz Universität Hannover leisten wichtige Beiträge zur Entdeckung und Analyse neuer Gravitationswellen-Kandidaten im Rahmen der LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration.
Die LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration hat heute neue Ergebnisse der Analyse des ersten Teils des vierten Beobachtungslaufs (O4a) veröffentlicht. Dieser lief von Mai 2023 bis Januar 2024. In den Daten entdeckten die Wissenschaftler*innen 128 neue Gravitationswellen-Signale. Alle stammten von verschmelzenden Doppelsystemen Schwarzer Löcher oder von Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Zwei der Signale konnten mit beispielloser Klarheit beobachtet werden. Außer den Messdaten haben die Forschenden die vierte Ausgabe des „Gravitational Wave Transient Catalogue” (GWTC-4.0) veröffentlicht. Dieser enthält Listen mit Signalkandidaten und Messungen ihrer Eigenschaften. Die Forschenden veröffentlichten außerdem eine Reihe von Begleitartikeln zum Katalog. Sie haben diese Artikel bei der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters zur Veröffentlichung in einer Schwerpunktausgabe eingereicht.
Die Bahnen der Schwarzen Löcher sind weiß dargestellt, die Gravitationswellenemissionen sind in den Farben von Violett bis Gelb dargestellt. Dunkle Violetttöne stehen für vergleichsweise schwache Gravitationswellen, während Gelbtöne die stärksten Wellen darstellen, die in der Nähe der Verschmelzung emittiert wurden. Die stärksten Gravitationswellen werden senkrecht zur momentanen Umlaufbahn emittiert. Bei präzedierenden Systemen ändert sich die Ausrichtung ihrer Umlaufbahn ständig.
Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik hat zu diesem Erfolg beigetragen
Verbesserungen der Detektorempfindlichkeit und der Analysetechniken haben zu mehr Entdeckungen als in den vorigen Beobachtungsläufen geführt. Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) und der Leibniz Universität Hannover, darunter viele Doktorand*innen und Postdoktorand*innen, haben zu diesem Erfolg beigetragen:
- Wissenschaftler*innen des AEI haben das vorstabilisierte Hochleistungslasersystem für Advanced LIGO bereitgestellt und Upgrades für die derzeit in den LIGO-Instrumenten verwendete Hauptlaserquelle entwickelt und getestet.
- Die Verstärkerstufe der aktuellen Laserquellen in den Virgo- und KAGRA-Instrumenten basiert auf Entwicklungen und Tests am AEI in Hannover und dem Laserzentrum Hannover.
- AEI-Forschende entwickelten ausgeklügelte Wellenformmodelle. Sie dienen dazu, echte kosmische Quellen von zufälligen Schwankungen des Rauschens und irdischen Störsignalen im Detektor zu unterscheiden.
- AEI-Wissenschaftler*innen haben die Wellenformmodelle entwickelt, die zum Nachweis von Verschmelzungen zweier Schwarzer Löcher und von Neutronensternen mit Schwarzen Löchern in sogenannten modellierten Suchen mit Signalschablonen zum Einsatz kommen. Diese hochmodernen Wellenformmodelle, ergänzt um Spin-Präzessions-Effekte, werden auch bei der Untersuchung der Signalkandidaten eingesetzt, um ihre astrophysikalischen Eigenschaften und kosmologische Informationen abzuleiten.
- Ein weiteres am AEI entwickeltes Wellenformmodell, das den Effekt der Modenasymmetrie und den daraus resultierenden „Kick“ berücksichtigt, wird bei der Analyse eingesetzt.
- Wissenschaftler*innen am AEI haben mit Signalkandidaten nach Abweichungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie gesucht.
- Am AEI entwickelte Verfahren zur Parameterschätzung, die auf neuronalen Netzen basieren, können die Eigenschaften von Verschmelzungen Schwarzer Löcher schnell und genau ermitteln.
Die Wissenschaftler*innen präsentieren im Katalog eine detaillierte Analyse von 86 der neuen Signale, darunter 84 Verschmelzungen von Doppelsystemen Schwarzer Löcher und zwei Verschmelzungen von Schwarzen Löchern mit Neutronensternen. Zusätzlich fanden die Forschenden weitere 42 Signale, die höchstwahrscheinlich ebenfalls von astrophysikalischen Quellen stammen. Insgesamt haben sie bisher 218 Gravitationswellen-Kandidaten entdeckt, davon 90 aus den ersten drei Beobachtungsläufen und 128 neue.
