Foto: APA/AFP / CNRS Photothèque / FRESILLON Cyril

Gravitationswellen erstmals auch in Europa gemessen

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28. September 2017, 17:49

Detektor Virgo in Italien registrierte am 14. August Raumzeit-Verzerrungen. Ursache war die Kollision zweier Schwarzer Löcher.

Seit 1. April im Einsatz, konnte der Virgo-Detektor in der Toskana bereits im August einen ersten Erfolg verbuchen. Die Anlage besteht aus einem Laserinterferometer, dessen Strahlen zwei jeweils drei Kilometer lange Tunnel durchziehen.
foto: apa/afp / cnrs photothèque / fresillon cyril

Pisa – Als im Jahr 2015 erstmals der gesicherte Nachweis von Gravitationswellen gelang, war die Sensation perfekt. Die direkte Beobachtung von Verzerrungen in der Struktur von Raum und Zeit bestätigte eine Vorhersage von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vor hundert Jahren – und sie dürfte wohl auch mit dem Nobelpreis für Physik belohnt werden.

Seither wurden von den beiden US-amerikanischen Advanced-Ligo-Observatorien in Livingston (Louisiana) und Hanford (Washington) weitere zwei Gravitationswellen-Ereignisse registriert. Nun jedoch ist auch in Europa eine entsprechende Messung gelungen: Am 14. August 2017 um 12:30:43 Uhr MESZ erfassten nicht nur die Ligo-Anlagen das Signal GW170814, sondern auch der italienische Virgo-Detektor in der Toskana.

Als nur die beiden Ligo-Detektoren im Einsatz waren, war die Lokalisierung der Gravitationswellen-Quelle sehr ungenau (blaue Zone). Gemeinsam mit Virgo lässt sich nun der entsprechende Ort am Himmel bedeutend exakter eingrenzen (gelber Bereich).
foto: ligo- virgo collaboration

Ort und Entfernung genauer messbar

Der große Vorteil eines dritten Detektors liegt darin, dass sich nun Position und die Entfernung der Quellen von Gravitationswellen durch Triangulation genauer bestimmen lassen. "So können wir effizienter nach elektromagnetischen sowie Partikel-Signalen der Quellen suchen und gemeinsam das neue Zeitalter der Multi-Messenger-Astronomie vorantreiben", erklären die am Projekt beteiligten Forscher vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik an den Standorten Hannover und Potsdam.

Video: Die Simulation illustriert die Verschmelzung der beiden Schwarzen Löcher mit 31 und 25 Sonnenmassen und die dabei entstehenden Gravitationswellen. Die Stärke der Raumzeit-Verzerrungen wird durch die Höhe der dargestellten Wellen und ihre Farbe verdeutlicht: Je dunkler desto schwächer.
maxplancksociety

Zwei Schwarze Löcher kollidieren

Auslöser für dieses vierte registrierte Gravitationswellen-Ereignis GW170814 war die energiereiche Verschmelzung zweier riesiger Schwarzer Löcher. Die beiden Schwerkraftmonster besaßen vor ihrer Vereinigung 31 und 25 Sonnenmassen. Das resultierende Schwarze Loch hat 53 Sonnenmassen – drei Sonnenmassen wurden in Gravitationswellen umgesetzt.

Das Signal erreichte den Ligo-Detektor in Livingston rund acht Millisekunden vor dem in Hanford und etwa 14 Millisekunden vor Virgo in der Toskana. Aus der Kombination dieser Laufzeitunterschiede ließ sich die Richtung zur Quelle berechnen.

Dreifach bewiesen: Am 14. August wurde von den beiden Ligo-Observatorien in Hanford und Livingston sowie dem Virgo-Detektor fast zeitgleich ein Gravitationswellen-Ereignis registriert.
grafik: the ligo scientific collaboration and the virgo collaboration

Zu 99 Prozent echt

So gelang es, GW170814 auf einen Bereich von 60 Quadratgrad am Südhimmel zwischen den Sternbildern Eridanus und Pendeluhr zu lokalisieren. Der Vergleich der gemessenen Wellenform mit Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie wiederum lieferte eine Entfernung von ungefähr 1,8 Milliarden Lichtjahren.

Mitglieder der Abteilung "Beobachtungsbasierte Relativität und Kosmologie" am Max-Planck-Institut in Hannover analysierten die Virgo-Daten, um die Wahrscheinlichkeit abzuschätzen, dass zufällige Rauschschwankungen das schwache Signal verursachten. Sie fanden heraus, dass das Signal mit mehr als 99-prozentiger Wahrscheinlichkeit echt ist. (red, 28.9.2017)