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Aufbau eines Interferometers (LIGO, VIRGO, KAGRA, LISA)

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Aufbau eines Interferometers (LIGO, VIRGO, KAGRA, LISA)

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GW150914 ist das erste detektierte SIgnal welches die Existenz von Gravitationswellen bewies und sich als Gravitationswellen der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit 29-facher Sonnenmasse und 36facher Sonnenmasse herausstellte. Bei der Verschmelzung entstand ein schwarzes Loch mit etwa 62-facher Sonnenmasse, allein etwa 3 Sonnenmassen sind in Form von Gravitationswellen vor dem Verschmelzen, kurz vor dem sogenannten „Ring-down“ abgestrahlt worden.
In der Grafik sind die experimentellen Messungen zu sehen. Die obere linke Kurve stellt die gemessene Wellenform für das Ereignis im LIGO Hanford da, oben Rechts sieht man  die Messungen beider Anlagen übereinandergelegt, eine sogenannte Koinzidenzmessung um ein Zufallsereignis in einer Anlage auszuschließen. In den mittleren Grafiken sieht man ganz schwach die theoretische Vorherberechnung, die zu erwartende Wellenform unter der gemessenen Wellenform der beiden Einrichtungen. Diese ist so genau vorhergesagt worden, das die Amplituden, quasi übereinstimmen. Ganz unten ist zwischen 0.40 und 0.45s in den beiden Darstellungen des gemessenen Frequenzbereichs ein deutlicher Anstieg (Färbung der Grafik) der Amplitude zu erkennen, diese liegen kurz vor dem Ringdown vor der Verschmelzung.

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Frequenzbereich von Gravitationswellen und Zuordnung von Ereignissen zum Frequenzbereich von Gravitationswellen 

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Frequenzbereich von Gravitationswellen und Zuordnung von Ereignissen zum Frequenzbereich von Gravitationswellen 

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Bei zwei Weißen-Sternen eines Doppelsternsystems die sich umkreisen, kann man Gravitationswellen im etwaigen Bereich von 2 mHz beobachten. Ein kompakter Stern, bzw ein kleines Schwarzes Loch welches um ein schweres Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie kreist, liegt etwa im 10 mHz Bereich. DieVerschmelzung von zwei Schwarzen Löchern mit Massen von millionen von Sonnenmassen, erzeugt eine Gravitationswelle mit einer Dauer von ca. 2 Wochen. Würden zwei schwarze Löcher aus dem Zentrum einer unserer Nachbargalaxien M- 7080 verschmelzen, dauert der Signalabstand zwischen 2 Wellen etwa 30 Jahre. Der Gravitationswellenhintergrund ist deutlich älter als der kosmische Mikrowellenhintergrund, dieser liegt im Bereich bei dem Wellenlängen etwa ein hunderstel des Universums lang sein können. Die Supernova von 1054 welche auf dem Südhimmel zu sehen war, erzeugte etwa eine Welle im Bereich von einem Kilohertz (E 3 Hz).

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1.Binäre-Systeme

Wenn Doppelsysteme aus zwei beschleunigenden Objekten System kreisen, emittieren sie Gravitationswellen, welche die Umlaufbahn verkleinern und die Umlaufdauer verkürzen, bis die Objekte schließlich miteinander verschmelzen. Wenn das System seine Umlaufgeschwindigkeit (Frequenz) zunehmend erhöht, nimmt auch die Frequenz der emittierten Gravitationswellen zu. Die Schwingungsdauer der Welle entspricht hier der Hälfte der Umlaufzeit.

2. Pulsare

Sich drehende Neutronensterne, können konstant Gravitationswellen mit kleiner Amplitude, aber sehr regelmäßiger Wellenform erzeugen.

3. Kollabierende Sterne

Supernovae oder andere heftige Ereignisse sind ebenso mögliche Quellen von Gravitationswellen. Bei dem Kollaps eines Sterns, werden sowohl Licht, elektromagnetische Strahlung als auch Gravitationswellen abgestrahlt, weshalb man solche Ereignisse optisch und auditiv erfassen kann.

4. Stochastische Quellen

Wie bei Elektromagnetischen Wellen der Elektromagnetische Hintergrund dargestellt werden kann, könnte auch der ursprüngliche Hintergrund der im Urknall erzeugten Gravitationswellen abgebildet werden. Die sogenannte stochastische Hintergrundstrahlung. Eine Erfassung dieses könnte Informationen über die Entstehung des Universums selbst geben. Dies erhofft man sich von raumstationierten Detektoren wie LISA, da dieses kaum von den erdbasierten Detektoren erfasst werden kann. Solche Ereignisse besitzen eine tieffrequente Wellenform.

5. Verschmelzung zweier kompakter Objekte

Solche Ereignisse sind die offensichtlichen Quellen von Gravitationswellen, der erste Beweis von Gravitationswellen erfolgte anhand der Verschmelzung zweier massereicher Schwarzer Löcher. Aber auch Neutronensterne gehören zu den Typischen Quellen, welche auch am AEI untersucht.

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The Absurdity of Detecting Gravitational Waves

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A head-vaporizing laser with a perfect wavelength detecting sub-proton space-time ripples.

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