Numerische Simulation der beiden verschmelzenden Schwarzen Löcher,  deren Gravitationswellensignal die LIGO-Detektoren am 26. Dezember 2015 auffingen.

Weiteres Gravitationswellensignal gemessen

Im Probelauf der LIGO-Detektoren hatten Wissenschaftler am 14. September 2015 erstmals Gravitationswellen gemessen. Nun veröffentlichte das internationale Team im Fachblatt „Physical Review Letters“ die Ergebnisse des gesamten ersten Beobachtungslaufs, der von September 2015 bis Januar 2016 dauerte. Darin fand sich erneut ein Signal, das vermutlich von zwei Schwarzen Löchern mit 8 und 14 Sonnenmassen stammt, die 1,4 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt miteinander kollidierten.

Im Vergleich zum ersten Signal ist das am 26. Dezember 2015 gemessene deutlich schwächer und war daher schwieriger von dem Rauschen des Detektors zu extrahieren. Dafür hatten die Forscher insgesamt 250 000 am Computer generierte Mustersignaturen mit den Messdaten des viermonatigen Beobachtungslaufs verglichen. „Das erste Signal konnte man mit bloßem Auge sehen, das zweite war versteckt, das hätten wir ohne die vorher berechneten Wellenformen nie gefunden“, sagt Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam.

Simulation der beiden verschmelzenden Schwarzen LöcherSimulation der verschmelzenden Schwarzen Löcher
Zweites gemessenes Gravitationswellensignal

Die LIGO-Detektoren zeichneten etwa 27 Umrundungen der Schwarzen Löcher vor ihrer Verschmelzung auf – beim ersten Signal konnten nur fünf Umrundungen beobachtet werden. Bei der Kollision habe das nun aufgespürte Doppelsystem namens GW151226 Gravitationswellen mit einer Energie äquivalent zu einer Sonnenmasse abgestrahlt, übrig blieb ein rotierendes Schwarzes Loch mit 21 Sonnenmassen. „GW151226 stimmt perfekt mit unseren theoretischen Vorhersagen dafür überein, wie zwei Schwarze Löcher einander mehrere Dutzend Mal umrunden und schließlich miteinander verschmelzen. Bemerkenswerterweise konnten wir außerdem herausfinden, dass mindestens eines der beiden schwarzen Löcher sich dreht!“, so Buonanno.

Mit dem neuen Signal konnten die Forscher ihre Entdeckung aus dem Testlauf bestätigen und ein weiteres Mal Gravitationswellen nachweisen. Nach fünfzig Jahren erfolgloser Suche hat sich die Gravitationswellenastronomie mit diesen Erfolgen als ernstzunehmendes Forschungsgebiet etabliert. „Ich bin absolut zuversichtlich, dass wir in den nächsten paar Jahren Dutzende ähnliche Verschmelzungen Schwarzer Löcher beobachten und viel über das Universum erfahren werden“, sagt Bruce Allen, Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Hannover.

Albert Einstein hatte Gravitationswellen schon vor hundert Jahren postuliert: Sie entstehen, wenn Massen sich beschleunigt bewegen. Von diesen Quellen ausgesandt verzerren Gravitationswellen den Raum minimal, während sie ihn durchlaufen. So stauchen und strecken die Wellen auch die zwei senkrecht zueinander verlaufenden Arme der LIGO-Detektoren, durch die jeweils ein Laserstrahl läuft. Dadurch ändert sich die Laufzeit des Lichts minimal – treffen die beiden Laserstrahlen nun wieder aufeinander, schwingen ihre Lichtwellen nicht mehr im Takt und erzeugen so ein spezifisches Interferenzmuster.

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