Erneut Kollision Schwarzer Löcher gemessen

Der italienisch-französische Gravitationswellendetektor Virgo suchte zusammen mit dem amerikanischen Doppel-Detektor LIGO vom 1. bis 25. August 2017 gemeinsam nach Signalen aus dem All. Am 14. August entdeckten die drei Laser-Interferometer-Anlagen die kosmische Erschütterung einer Kollision zweier Schwarzer Löcher in rund 1,7 Milliarden Lichtjahren Entfernung. (Foto: The Virgo collaboration/CCO 1.0)

Erstmals haben drei Detektoren Gravitationswellen von der Kollision zweier Schwarzer Löcher gemessen. Das eröffnet ein neues Kapitel der Gravitationswellenastronomie. Denn nun werden sehr viel genauere Messungen möglich, die bald auch zur Entdeckung der Quellen im Radio- bis Gammastrahlenbereich führen werden.

Am 14. August 2017 um 12.30 Uhr MESZ haben Detektoren in den USA und Europa erneut Gravitationswellen direkt gemessen. Ihr Ursprung: Zwei Schwarze Löcher waren in rund 1,7 Milliarden Lichtjahre Distanz einst aufeinandergestoßen, vereinigten sich und wandelten dabei drei Sonnenmassen in Energie um, die den Weltraum erschütterte. Diese Gravitationswellen sind das vierte definitiv gemessene und nun publizierte Signal seit September 2015. Damals hatte der Laser-Detektor LIGO bei Livingston, Louisiana, und Hanford, Washington, erstmals die von Albert Einstein 1916 vorausgesagten Kräuselungen der Raumzeit aufgespürt. Die Bekanntgabe im Februar 2016 sorgte weltweit für Schlagzeilen (siehe Im Brennpunkt: Schwarze Löcher und die Titelgeschichte von bild der wissenschaft).

Fast schon Routine

Inzwischen sind die wispernden Nachrichten aus dem fernen Universum fast schon Routine. Auch die Datenauswertung geht viel schneller. Zwischen dem neuen Signal und der Bekanntgabe gestern auf einer Pressekonferenz in Turin sowie der Publikation in der Zeitschrift Physical Review Letters verstrichen lediglich sechs Wochen. Das neue Signal heißt GW170814 und wurde wieder nach seinem Datum benannt. Ein Zufallsereignis ist nahezu ausgeschlossen. Je nach Statistik käme es einmal in 27.000 Jahren vor – oder seltener. Automatische Computerprogramme haben das Signal innerhalb von 30 Sekunden aus dem Datenwust gefiltert.

Die beiden Schwarzen Löcher hatten eine Masse von etwa 30 und 25 Sonnenmassen, das finale Schwarze Loch besitzt 53 Sonnenmassen (die Unsicherheiten betragen etwa drei bis sechs Sonnenmassen). Es würde in eine Kugel mit 300 Kilometer Durchmesser oder weniger passen!

Das Signal dauerte 0,3 Sekunden. Es erreichte zuerst LIGO-Livingston, 8 Millisekunden später LIGO-Hanford und weitere 6 Millisekunden später Virgo. Es ist das zweitschwerste bekannte Paar Schwarzer Löcher überhaupt (nach dem allerersten Signal GW150914, das von Schwerkraftmonstern mit etwa 36 und 29 Sonnenmassen erzeugt worden war).

Himmlische Unsicherheit: Alle fünf bislang gemessenen LIGO-Gravitationswellen von der Kollision Schwarzer Löcher auf einem Blick: Die auf unsere Himmelskugel mit der Milchstraße projizierten Regionen geben die Lokalisierung der Quellen mit 90 (außen) bis 10 Prozent Wahrscheinlichkeit an. Man sieht: die Quellenlage ist extrem ungenau. Das ändert sich nun dank eines dritten Detektors, Virgo. Die Dreifach-Peilung hat das Zielgebiet um mehr als das Zehnfache reduziert. Die ungefähre Position der neuen Quelle ist unten links eingezeichnet. (Grafik: LIGO, Caltech, MIT, Leo Singer; Axel Mellinger)

Beste Ortsbestimmung

Durch die Triangulation anhand der Laufzeitdifferenzen konnte die Himmelsposition von GW170814 sehr viel genauer bestimmt werden als die früheren Signale. LIGO allein hat ein 1160 Quadratgrad großes Gebiet ausgemacht. Mit Virgo schrumpfte es auf 60 Quadratgrad. Das ist immer noch riesig –der Vollmond misst 0,2 Quadratgrad am Himmel –, aber ein großer Fortschritt. Die Quelle liegt am Südhimmel zwischen den Sternbildern Eridanus und Horologium (Pendeluhr).

Das LIGO/Virgo-Team hat in bewährter Weise schnellstmöglich Astronomen alarmiert, die in Wellenlängen vom Radio- bis zum Gammastrahlenbereich nach Gegenstücken am Himmel suchten. Mindestens 25 Observatorien spähten nach elektromagnetischen Quellen, fanden den bisherigen Auswertungen zufolge aber nichts. Auch die Neutrino-Detektoren stellten nichts fest. Das ist nicht verwunderlich, weil sich der Crash Schwarzer Löcher wohl in völliger Dunkelheit vollzieht.

Erneuter Triumph für Einstein

Durch die drei Detektoren konnte erstmals die Relativitätstheorie auf eine neue Weise getestet werden. Sie sagt nämlich zwei bestimmte Polarisationen der Gravitationswellen voraus. Es sind auch andere Muster möglich, doch diese würden die Relativitätstheorie widerlegen. Die neuen Daten sind perfekt mit Einsteins Meisterwerk vereinbar.

LIGO hat seinen zweiten Beobachtungslauf (O2 genannt) vom 30. November 2016 bis 25. August 2017 absolviert. Ab 1. August beteiligte sich auch Virgo. Beide Observatorien sind jetzt wieder abgeschaltet und werden technisch weiter verbessert. Ende 2018 spähen sie erneut ins All. Doch zuvor wird es sicherlich noch Überraschungen geben, denn die Datenauswertung von O2 läuft noch. Gerüchteweise wurden sogar erstmals Signale kollidierender Neutronensterne erhascht. bild der wissenschaft wird zu gegebener Zeit natürlich berichten.

 

Rüdiger Vaas ist Astronomie- und Physik-Redakteur von bild der wissenschaft. Im Kosmos-Verlag hat er das Buch "Jenseits von Einsteins Universum. Von der Relativitätstheorie zur Quantengravitation" veröffentlicht, das auch ausführlich von Gravitationswellen handelt. Hier gibt es das Buch im Wissenschaftsshop von bild der wissenschaft.

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