Nach dem Einschalten im September 2015 entdeckte das LIGO-Doppelobservatorium - die Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorien in Hanford, Washington, und Livingston, Louisiana - gleichzeitig die Fusion zweier Schwarzer Löcher in der ersten Arbeitssitzung, obwohl ihre Empfindlichkeit auf 30% eingestellt war möglich. Die Fusion von zwei am 14. September 2015 entdeckten Schwarzen Löchern 36 und 29 Sonnenmassen und anderen am 26. Dezember 2015 entdeckten Schwarzen Löchern 14 und 8 Sonnenmassen lieferte die erste eindeutige und direkte Bestätigung für die Existenz von Gravitationswellen. Es dauerte ein Jahrhundert, um dies zu tun. Schließlich konnte die Technologie die Theorie testen und bestätigen.
Die Entdeckung dieser Wellen ist jedoch erst der Anfang: In der Astronomie braut sich eine neue Ära zusammen. Vor 101 Jahren stellte Einstein eine neue Gravitationstheorie vor: die allgemeine Relativitätstheorie. Damit einher ging die Erkenntnis: Ferne Massen ziehen ähnliche nicht sofort im gesamten Universum an, diese Präsenz von Materie und Energie verformt das Gefüge der Raumzeit. Dieses völlig neue Bild der Schwerkraft brachte eine ganze Reihe unerwarteter Konsequenzen mit sich, darunter Gravitationslinsen, ein expandierendes Universum, Gravitationszeitdilatation und - wie wir jetzt sicher wissen - die Existenz einer neuen Art von Strahlung: Gravitationswellen. Wenn sich Massen relativ zueinander durch den Raum bewegen oder beschleunigen, erzeugt die Reaktion des Raums selbst Wellen. Diese Welligkeit bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum und fällt infolgedessen in unsere Detektoren.informiert uns über entfernte Ereignisse durch Gravitationswellen.
Es ist am einfachsten, Objekte zu erkennen, die starke Signale aussenden, nämlich:
- große Massen, - in geringem Abstand zwischen sich gelegen, - schnell rotierend, Werbevideo:
- mit deutlich wechselnden Umlaufbahnen.
Die besten Kandidaten kollidieren offensichtlich und kollabieren Objekte wie Schwarze Löcher und Neutronensterne. Wir müssen auch die Frequenz berücksichtigen, mit der wir diese Objekte erfassen können. Diese entspricht in etwa der Länge des Detektorwegs (Armlänge multipliziert mit der Anzahl der Reflexionen) geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit.
LIGO kann mit seinen 4 Kilometer langen Armen mit Tausenden von Lichtreflexionen Objekte mit Frequenzen im Millisekundenbereich sehen. Dies umfasst das Zusammenführen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen in der letzten Phase der Verschmelzung sowie exotische Ereignisse wie Schwarze Löcher oder Neutronensterne, die einen großen Teil der Materie und des Gurgelns verbrauchen und sphärischer werden. Eine stark asymmetrische Supernova kann auch eine Gravitationswelle erzeugen. Es ist unwahrscheinlich, dass ein Kernkollaps Gravitationswellendetektoren trifft, da die Verschmelzung von weißen Zwergsternen in der Nähe durchaus möglich ist.
Wir haben bereits gesehen, wie Schwarze Löcher mit Schwarzen Löchern verschmolzen, und wenn sich LIGO verbessert, ist davon auszugehen, dass wir in den nächsten Jahren die erste Generation von Schätzungen für Schwarze Löcher mit Sternmassen (von einigen bis zu hundert Sonnenmassen) haben werden. LIGO muss auch Fusionen von Neutronensternen mit Neutronensternen finden; Wenn die Observatorien die geplante Sensitivität erreichen, können sie drei bis vier Ereignisse pro Monat beobachten, wenn unsere Schätzungen der Häufigkeit ihrer Fusion und der LIGO-Sensitivität korrekt sind.
Asymmetrische Supernovae und das Sprudeln exotischer Neutronenlöcher sind äußerst interessant zu erkennen (wenn möglich, da angenommen wird, dass es sich um seltene Ereignisse handelt). Die größten Durchbrüche sind jedoch mit mehr Detektoren zu erwarten. Wenn der VIRGO-Detektor in Italien seine Arbeit aufnimmt, ist aufgrund der Triangulation eine echte Positionierung möglich: Wir können genau bestimmen, wo diese Ereignisse im Weltraum entstehen, und dann optische Messungen durchführen. Auf VIRGO folgen Gravitationswelleninterferometer in Japan und Indien. In einigen Jahren wird unsere Vision vom Gravitationswellenhimmel ein neues Niveau erreichen.
Unsere größten Erfolge werden jedoch beginnen, wenn wir unsere Ambitionen für Gravitationswellen in den Weltraum bringen. Im Weltraum sind Sie nicht auf seismisches Rauschen, LKW-Unfälle oder Plattentektonik beschränkt. nur ein leises Raumvakuum im Hintergrund. Sie sind nicht durch die Krümmung der Erde, die mögliche Länge der Observatoriumsarme, begrenzt; Es ist möglich, das Observatorium weiter von der Erde entfernt oder sogar in die Umlaufbahn um die Sonne zu bringen. Wir könnten Objekte nicht für Millisekunden messen, sondern für Sekunden, Tage, Wochen oder länger. Wir konnten Gravitationswellen von supermassiven Schwarzen Löchern erkennen, einschließlich der größten bekannten Objekte im Universum.
Wenn wir schließlich ein Weltraumobservatorium bauen, das groß genug und empfindlich genug ist, können wir die Gravitationswellen sehen, die vom Urknall selbst übrig geblieben sind. Wir konnten die Gravitationsstörungen der kosmischen Inflation direkt erfassen und nicht nur unseren kosmischen Ursprung bestätigen, sondern auch beweisen, dass die Schwerkraft selbst eine Quantenkraft der Natur ist. Schließlich hätten diese inflationären Gravitationswellen nicht auftreten können, wenn die Schwerkraft selbst kein Quantenfeld gewesen wäre.
Derzeit wird diskutiert, welche NASA-Mission in den 2030er Jahren Priorität haben wird. Während viele gute Missionen angeboten werden, ist der Bau eines weltraumgestützten Gravitationswellenobservatoriums im Orbit um die Sonne erwähnenswert. Wir haben die Technologie, wir haben ihre Verarbeitbarkeit bewiesen, wir haben die Existenz von Wellen bestätigt. Die Zukunft der Gravitationswellenastronomie ist nur dadurch begrenzt, was das Universum selbst uns bieten kann und wie viel wir dafür ausgeben werden. Die Blütezeit einer neuen Ära hat bereits begonnen. Es bleibt die Frage, wie hell dieses neue Feld der Astronomie leuchten wird.
ILYA KHEL
