RZ061 Gravitationswellenastronomie

Über die Entdeckung und Zukunft der Gravitationswellenastronomie

Lange Zeit waren Gravitationswellen nicht viel mehr als eine Voraussage der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein. Doch wie so viele andere Details dieses Meilensteins der Wissenschaft konnten nun auch diese speziellen Eigenschaften des Universums experimentell nachgewiesen werden. Eine seit Jahrzehnten engagiert und global arbeitenden Community von Wissenschaftlern hat hartnäckig an Meßmethoden gearbeitet und diese ein ums andere Mal verbessert und dabei Meßgenauigkeiten erreicht, die einem schon absurd vorkommen können.

Doch nun wurden nicht nur die Wellen entdeckt: zugleich wurde das energetischste Ereignis gefunden, dass je von einem Menschen im Universum beobachtet wurde. Und nur diese Methode hatte überhaupt die Chance, zwei Schwarzen Löchern beim Aufeinandertreffen zuzuschauen. Damit öffnet die gelungene Messung nicht weniger als das Tor zu einer komplett neuen Form der Weltraumbeobachtung: der Gravitationswellenastronomie.

Dauer: 2 Stunden 49 Minuten
Aufnahme: 17.02.2016

Oliver Jennrich
Oliver Jennrich

Wir sprechen mit Oliver Jennrich, der seit seinem Studium an Gravitationswellen arbeitet, mit allen Standorten der Gravatationswellenforschung in Berührung gekommen ist und jetzt für die ESA an der nächsten Generation von Gravitationswellendetektoren arbeitet: dem Laser Interferometer Space Antenna (LISA), dass künftig die neue Astronomieforschung in den Weltraum trägt und dabei einen ganz neuen Blick auf das All entwickeln könnte.

42 Gedanken zu “RZ061 Gravitationswellenastronomie

  1. Endlich mal ein funktionierender Siemens Lufthaken 😉

    Aber ernsthaft: Ich komme irgendwie aus der Freude nicht mehr heraus über die coole Technik, den Spiegelblock einfach so in der Hülle schweben zu lassen.

    Auch sonst war der Podcast sehr informativ und der Gesprächspartner sehr angenehm. Schön dass Raumzeit weiter lebt!

  2. Danke für die sehr hörenswerte Sendung. Die ist wohl in meiner Raumzeit-Top-5 gelandet.

    Eine physikalische Grundlagen-Frage: Wenn die Elektromagnetische Kraft mit den elektromagnetischen Schwingungen ihre eigenen Wellen hat, die komplett abgegrenzt sind von den Gravitationswellen, die der Gravitation zugeordnet sind. Dann folgt für mich ja sofort die Frage: Was ist denn mit den beiden anderen Grundkräften (https://de.wikipedia.org/wiki/Fundamentale_Wechselwirkung) – der starken und der schwachen Kernkraft? Haben die für sich auch jeweils komplett unabhängige Spektren, in denen eigene Wellen schwingen können? Auch wenn das jetzt eher Richtung Quantenphysik und ganz andere Skalengrößen geht…

    • Hallo Henning,

      klar machen auch das Kraftfeld der schwachen Kraft (dessen Quanten die Z- und W-Bosonen sind) und der starken Kraft (hier sind es die Gluonen) Wellen. Allerdings sind die makroskopisch nicht nicht sichtbar. Bei der schwachen Kraft liegt es an der Masse von W und Z, die als starke Dämpfung der Wellen wirkt, so dass sie nur eine mikroskopische Reichweite haben (im Teilchenbild liegt es daran, dass Z und W in andere Teilchen zerfallen).
      Bei der starken Kraft liegt es daran, dass man keine brauchbaren Quellen hat, da die Ladungen wegen des Quark-confinement sich immer aufheben und man so keinen zeitlich veränderlichen nennenswerten Dipol hat, der als Sendeantenne wirken könnte. (Zum Vergleich: Beim Licht sind die Atome die Dipole, die Kerne mit plus und die Elektronen mit minus, wobei letztere um den Kern oszillieren, bei den Quarks hat man sowas nicht).

  3. Wissenschaftlicher Humbug!
    Wie den Medien zu entnehmen war, wollen die amerikanischen Physiker mit ihrem Observatorium zum Nachweis von Gravitationswellen angeblich die Längenänderung von einem Tausendstel des Durchmessers eines Wasserstoffatomkerns gemessen haben. Dies ist zurzeit absolut unmöglich und muss als wissenschaftlicher Blödsinn klassifiziert und qualifiziert werden! Denn der Durchmesser eines Wasserstoffprotons beträgt DH2p= 2,8*10-15 m. Ein Tausendstel davon wären nach Adam Ries dann 2,8*10-18 m. Übrigens erzeugt jede natürliche Erschütterung (vorbeifahrendes Auto, ja ein Fußgänger) in der Umgebung des Observatoriums eine bedeutend größere Erschütterung und Abweichung, wie die angeblich gemessene Längendifferenz von ∆s=2,8*10-18 m. Unabhängig davon, beträgt die maximale Auflösung von Licht allgemein ca. 0,5 der Wellenlänge oder ∆x = λ/2. Da vom Laser des amerikanischen Observatoriums zur Detektion von Gravitationswellen nicht der Wellenbereich angegeben wurde, soll das gesamte sichtbare Spektrum für die Berechnung des Auflösungsvermögens betrachtet werden. Das sichtbare Spektrum der Wellenlängen reicht von ca. 390 nm (Nanometer – ein Milliardstel Meter) bis ca. 780 nm. Die Spannweite des Auflösungsvermögens bewegt sich also von 195 nm bis 390 nm. Dies sind rund 2*10-7 bis 4*10-7 m. Das maximale Auflösungsvermögen im optischen Bereich liegt bei 2 *10-7 m und kann wie folgt berechnet werden:
    d= λ/(2*A)=0,55 µm:2*1,4 ≈ 2*10-7 m, (1)
    wobei d der Abstand zweier Punkte darstellt, die gerade noch wahrgenommen werden können, λ die Wellenlänge mit 0,55 µm bedeutet, wo ein maximales Sehen garantiert wird und A die numerische Apertur des Objektes bedeutet, hier mit dem Wert von 1,4 für die Berechnung eingesetzt. He-Ne-Laser im Infrarotbereich arbeiten mit einer Wellenlänge von ca. 3400 nm. Das Auflösungsvermögen beträgt also in diesem Falle ca. 1,7* 10-6 m und liegt um 12 Potenzen unter dem erforderlichen Auflösungsvermögen von 2,8 *10-18 m. Nun könnten die amerikanischen Forscher ganz clever gewesen sein und die Laufzeitdifferenz gemessen haben. Da ergibt eine noch katastrophalere Bilanz! Die Laufzeitdifferenz ∆t beträgt nämlich zirka 10-26 s. Denn:
    ∆t= ∆s:c= 2,8*10-18 m: 3*108 m/s ≈ 10-26s. (2)
    Das Auflösungsvermögen von optischen Atomuhren beträgt gegenwärtig 10-17 s und liegt damit deutlich unter dem hypothetisch berechneten Auflösungsvermögen. Und bei der Betrachtung der Energiebilanz wird deutlich, dass aus einer Entfernung von
    s= t*c=1,3 *109*365*24*3600 s* 300.000 km/s ≈ 1,3*109*3,2 *107*3*105 km ≈
    1,2*1022 km (3)
    von der Energie der drei Sonnen mit der Energie
    ESL=m*c²= 3*2*1030 kg* 9*1016 m²/s² ≈ 5,4*1047 J (Joule) (4)
    nur noch rund
    EE=9*10 9 J=9*109 Ws ≈ 2500 kWh (5)
    auf die Erdatmosphäre auftreffen und dann von ihr mit Sicherheit total absorbiert würden. Denn es gilt
    EE= ESL: [(16*ASL:AE)* (R²:RE²]. (6)
    weil die Energiedichte mit dem Quadrat der Entfernung vom Fusionsort der beiden schwarzen Löcher mit einer Gesamtmasse von 29+36=65 Sonnenmassen abnimmt und sich im Raum homogen verteilt. Anderseits bildet die Erde in Relation zu den beiden schwarzen Löchern nur eine ganz geringe Fläche, wobei sich das Verhältnis der beiden Flächen von den schwarzen Löchern mit dem Radius rSL und der Erde mit dem Radius rE allgemein wie folgt errechnet:
    n=³√(65)²rSL²: rE². (7)
    Damit ergibt sich eine Energie von
    EE= 5,4*1047 J: [(16*0,5*1012): (41*106)]*[(1,44*1044: 0,5*1012)] ≈
    9*109 J=9*109 Ws ≈ 2500 kWh (8)
    die auf die Atmosphäre der Erde treffen und hier wohl nahezu absorbiert werden würde. Zum Observatorium selbst würden vielleicht nur wenige J gelangen, wenn man das Flächenverhältnis der Erde in Relation zur Ausdehnung des Observatoriums setzt, wie leicht nachvollziehbar ist. Nach einem anderen Modell wird wohl streng genommen nicht ein J auf der Erde ankommen können, weil das All vom kosmischen Staub und den Planeten auf einer Entfernung von E=1,2*1022 km bis zur Erde völlig dicht und abgeschirmt sein muss. Und dies ist nun fast mehr als Nichts, einmal ganz salopp und skurril formuliert! Eine andere Frage wäre noch von Interesse: Wie verändert sich das Gravitationsfeld zwischen Fusionsraum der schwarzen Löcher und der Erde, wenn die drei Sonnenmassen in Energie verwandelt wird? Nach dem Newtonschen Gesetz ändert sich das Gravitationsfeld wie folgt:
    ∆F= γ*ME*3*MSL:r²= 6,76*10-11*6*1024*2*1030*3 N: 1,44*1044 ≈ 17 N. (9)
    Es wirkt also eine Kraftänderung von 17 N auf die gesamte Erde ein. Diese Kraft ist nicht in der Lage, eine merkliche mechanische Änderung in der Versuchsanlage des Observatoriums zu bewirken. Es ist wohl so, dass Gravitationswellen aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Lichtes mit ihrem beschränkten Auflösungsvermögen kaum jemals detektiert werden können. Denn das höchste Auflösungsvermögen wird mit Elektronenrastermikroskopen nach Lindner (1973) mit 10-15 m bei 15 kV angeblich erzielt. Nach neusten Erkenntnissen liegt ist aber weit unterhalb dieses Wertes und beträgt 2*10-12 m. Es fehlen also noch 6 Zehnerpotenzen, um die Gravitationswellen detektieren zu können. Die Amerikaner sind wohl irgendwie auf Dummenfang gegangen, um an Forschungsgelder und an den Nobelpreis ranzukommen. Sehr gewagt ist anderseits die These/Hypothesen von der vermeintlichen Existenz von Gravitationswellen und der Fusion von schwarzen Löchern auf die Urknall-Theorie des Universums zu schlussfolgern bzw. zu extrapolieren, nach dem das Universum innerhalb von einer Millionstel Sekunde vor 13,8 Milliarden Jahren entstanden sein soll! Denn erstens: Aus dem Nichts, kann nichts entstehen, wie bereits eine einfache logische Überlegung erkennen lässt. Mit anderen Worten: Materie, wie Masse und Energie kann nicht entstehen und nicht verschwinden – sie ist einfach präsent und erfährt eine ständige Transformation! Und zweitens müsste das Weltall eine endliche Ausdehnung von ca. 1,3*1023 km besitzen. Dies impliziert, dass das Universum eine endliche Ausdehnung von 1,3 *1023 km mit einer gigantischen Oberfläche O von
    OAll =π*4* r²=3,14*4 (1,3*1023)² km² =3,14*4*1,69*1046 ≈ 2*1047 km² (10)
    besitzt, das kontinuierlich pulsiert, also expandiert und implodiert.
    Siegfried Marquardt, Königs Wusterhausen

    • Eigentlich wurde es doch ganz gut im Podcast erläutert? Die Länge des Detektors wird gar nicht direkt gemessen, weil man damit an die von Ihnen angeführte, physikalische Auflösung des Lichtes stoßen würde. Stattdessen wird die Phasenverschiebung der Laser gemessen, die zum einen viel genauer messbar ist und zum anderen umso größer wird, je länger der Detektor ist — deshalb ist das Ding auch so groß.

      (Den Rest habe ich nicht gelesen, weil Ihre Einleitung schon zeigt, dass Sie den Podcast nicht gehört haben.)

      Das schöne an der Wissenschaftswelt ist aber, dass sich Irrtümer mit (schlüssigen) Argumenten oder, wenn möglich, sogar Beweisen aufklären lassen. Wenn es Ihnen gelingt, gewinnen vielleicht Sie den nächsten Nobelpreis? Allerdings müssten Sie sich dafür mit richtigen Wissenschaftlern auseinandersetzen.

    • Hab nur die ersten 15 zeilen gelesen, deine kritik klang nicht unfundiert, (hab mir diese fragen auch schon gestellt) – hat sich aber natürlich sofort diskreditiert. Man hätte auch einfach fragen können, warum bestimmte fakten da nicht zusammengehen. Dann hätte vielleicht sogar jemand ernsthaft geantwortet und alle hätten einen nutzen von deinem input. Mir erschliesst sich nicht, wieso scheinbar halbwegs gebildete Menschen – speziell nach den letzten jahren im social web – nicht merken dass der ton die musik macht.

    • “Da vom Laser des amerikanischen Observatoriums zur Detektion von Gravitationswellen nicht der Wellenbereich angegeben wurde…”

      Wie alle diese Leute, machst Du dir viel Mühe mit Pseudokritik und verbringst wenig bis keine Zeit, dich mit den Grundlagen des Experiments zu beschäftigen: Die Wellenlänge beträgt 1064 nm. Vielleicht auch nochmal mit der Funktionsweise eines Interferometers beschäftigen, dann werden die Rechnungen nicht ganz so peinlich.

    • Der Herr hier hat dankenswerter Weise seinen “Namen” hinterlassen.
      Google verrät, dass er seine Erkenntnisse schon in diversen Foren ausgebreitet hat.
      Unter anderem bestreitet er, natürlich mit vielen “Rechnungen” unterlegt, dass die Amerikaner die Mondlandung gefälscht haben.

      • @T.Jay: Du hast dich bestimmt vertippt – oder?

        Er bestreitet nicht, dass die Mondlandung gefälscht wurde, er behauptet, die wäre gefälscht (oder er bestreitet, dass sie statt gefunden habe).

        Irgendwie grinse ich die ganze Zeit, wenn ich nach dem “Namen” google :).

        Ich denke da die ganze Zeit an das Zitat aus dem Podcast zum Begriff “Wissenschaft”…. ja, die (er)schafft Wissen !!

  4. Ich kann mich obigen Lobhudeleien nur anschließen 😉
    Eine Frage habe ich allerdings: warum wird LISA nur planar geplant? Auf der Erde ist es eindeutig schwer, ein kartesisches Dreibein zu bauen, um alle drei Raumachsen abbilden zu können, aber im All hat man ja (wie gesagt) Platz – in sämtliche Richtungen?

    • Es gibt und gab immer wieder mal Ideen für eine nicht planare Konstellation. Das Problem ist, dass die Himmelsmechanik keine stabile (große) Konstellation zulässt. Alles kreist um die Sonne etc. Die planare Konstellation hat auch hinsichtlich Temperaturstabilität der Satelliten Vorteile, weil der Sonneneinfallswinkel nahezu konstant ist.

  5. Danke für die zeitnahe (!) Folge, die wieder viele viele Details brachte – das mag ich an den langen Folgen besonders.

    Nochmal eine Nachfrage, was mir nicht so ganz klar geworden ist – wahrscheinlich hab ich es überhört – in welcher Richtung ist denn das Ereignis, wenn es sich entlang des Arms messen läßt? (Bei mehreren Armen sind dann alle Anteile meßbar, das hab ich verstanden). Also ist so ein Ereignis mit der Richtung, oder senkrecht zur Richtung – oder anders ausgedrückt, was ist bei 2 Armen der “tote Winkel”?

    Und noch etwas schwirrt mir im Kopf herum – die Beschleunigung von Massen ist als Amplitudenmodulation der Raumzeit messbar, so wurde es auch auch gemessen. Wäre darüber hinaus auch Frequenzmodulation mögich – was wäre das dann für ein Ereignis? Oder ist das gemessene Signal schon beides?

    • Aus praktischen Gründen braucht man immer 2 Arme, weil man den relativen Unterschied zwischen den Armen misst. Wenn man nur einen Arm hätte, bräuchte man eine andere Referenz, die auf 10^(-21) präzise wäre, die es aber nicht gibt.

      Also wenn man zwei Arme hat, so spannen diese eine Ebene auf. Eine Gravitationswelle hat eine Ausbreitungsrichtung. Wenn diese Welle nun senkrecht auf die Ebene trifft, dann ist der Effekt im Interferometer am Größten, weil GW sogenannte Transversalwellen sind (wie elektromagnetische Wellen). Wenn die GW parallel zur Ebene vorbeikommt, dann sieht man im Interferometer evtl. nichts oder nur das halbe Signal, weil nur 1 Arm etwas sieht. Das hängt von der Polarisation der GW ab.

      Der optimale Winkel zwischen den Armen ist 90°, weil dann der Effekt der GW am größten ist. Wenn z die Ausbreitungsrichtung der GW ist, dann streckt eine GW die x-Richtung und staucht parallel die y-Richtung. Und wenig später wird die x-Richtung gestaucht und die y-Richtung gestreckt. Das ist der optimale Fall.

      Unter http://www.emis.de/journals/LRG/Articles/lrr-2013-9/articlese3.html bei Figure 2 sieht man die “Antenna Pattern”. Diese sagen aus, wie sensitiv der Detektor (hier aus 2 Armen bestehen) auf eine GW aus einer bestimmten Richtung ist. Je roter oder weiter Weg die Form vom Zentrum ist, desto sensitiver ist man. Die zwei obersten Plots (a und b) sind die “einfachen” Polarisationsmoden (+ und x genannt). Wie bei Figure 2 b) zu sehen, kann man unter Umständen im Detektor nichts sehen, wenn die GW Quelle in der Ebene der 2 Arme liegt.
      —-
      Zur 2. Frage:

      Die Begriffe Amplituden- und Frequenzmodulation würde ich nicht benutzen, weil die einen Carrier voraussetzen. Die GW sind aber der Carrier. Wenn zwei schwarze Löcher sich mit konstanter Geschwindikeit umkreisen, wie die Erde die Sonne, dann sieht man auf der Erde eine GW mit einer konstanten Amplitude und konstanter Frequenz – also eine Sinuswelle. Wenn die Löcher aber nun verschmelzen und sich immer schneller umkreisen, dann steigt auch die Frequenz (und die Amplitude) an, ein sog. Chirp.

      Hier http://www.ligo.org/science/Publication-GW150914/images/fig-1.png
      sieht man, wie sich die Frequenz und Amplitude über die Zeit verändert haben, bei der 1. gemessenen Gravitationswelle.

      Ich hoffe ich habe alle Klarheiten beseitigt. Gruß,

  6. Es geht um Pulsare, Neutronensterne und verschmelzende Löcher, aber eigentlich, um noch völlig unbekanntes. Da bin ich aber froh die Folge so lange durchgehalten zu haben. Sonst hätte ich nicht gewusst was Ziel des Projekts ist.

  7. Ein wirklich super Podcast! Das war wirklich ein Hörgenuss! Macht weiter so, das war wirklich gewinnbringender und weitaus informativer, als das, was ich über die öffentlichen Medien so mitbekommen habe.
    Viele Dokumentationen (insbesondere solche zum Thema Weltraum und Raumfahrt) warten im Fernsehen immer mit großen Bildern auf, aber ich finde die Reduktion auf die Sprache hat der Sache sehr gut getan!
    Bis demnächst!

  8. hallo tim, da oliver deine Frage nach der ursache der statischen raumzeitkrümmung durch eine Masse, bzw. ‘woher nimmt sich ein atom eigentlich seine Masse? ‘ nicht wirklich verstanden hat, oder nicht näher darauf eingehen wollte, habe ich mich an eine Folge von ‘spacetime’ (ja, der videopodcast von pbs heißt wirklich so, du wirst dein amerikanisches äquivalent sicher schon kennen) erinnert, in der deine Frage hinreichend beantwortet wird :
    https://youtu.be/gSKzgpt4HBU

  9. Danke, danke, danke!

    Nach dem ganzen Medienrummel glaube ich nun, daß ich zumindest ansatzweise verstanden habe wovon die eigentlich reden.

    Aber… jetzt hätte ich noch eine Frage, die mir Herr Oliver Jennrich – sollte er hier noch mitlesen – vielleicht beantworten kann. Gleich vorweg, ich wäre auch mit einem “Keine Ahnung!” glücklich.

    Folgen Gravitationswellen der Raumkrümmung? Werden sie wie elektromagnetische Wellen von großen Massen gebeugt? Oder würden sie von Pol zu Pol eben keinen Halbkreis sondern eine Gerade als den kürzesten Weg nehmen.

    Danke nochmals.

    Sascha

    • Gravitationswellen sind Wellen IN der Raumkrümmung. Masse macht eine “statische” Krümmung der Raumzeit, und die Wellen sind “kleine” Wellen in der großen statischen Krümmung. Sie folgen also dem Halbkreis.

      Gravitationswellen unterliegen zB auch der kosmologischen Rotverschiebung. Ein Graviton “sollte” einer Geodäten folgen, und demnach auch Effekte wie gravitative Linsen auftreten
      (siehe zB folgende Publikation http://iopscience.iop.org/article/10.1086/312015/fulltext/985903.text.html)

      Es ist aber sehr unwahrscheinlich, dass gerade wir auf der Erde davon profitieren hinsichtlich GW Messungen.

      Gruß,
      Vitali

  10. Wow was für eine super Folge, ein super schön erklärender Gast! Vielen Dank!

    Eine Frage habe ich aber noch:
    Dieses Lisa Instrument kann ja nur kleine Frequenzen weil bei größeren nicht nur sich die Phasenlage ein wenig verändert, sondern insgesammt Wellenlängen dazu oder weg kommen auf der Gesamtstrecke. Wieso hat man keinen zweiten Laser größerer Wellenlänge zusätzlich verbaut um auch höhere Frequenzen messen zu können? War das eine Budgetentscheidung?

  11. Hi. Du hast etwas falsch verstanden. Die Wellenlänge der Laser hat nichts mit dem Frequenzbereich zu tun in dem LISA messen kann. Das wichtige ist die Armlänge von LISA. Wenn die 1 Million km ist, dann würde man eine GW mit Genau dieser Wellenlänge nicht sehen. Da 1 Million km etwa 3 Lichtsekunden sind, entspricht das 1/3s=0.33 Hz .. Dort und bei höheren Frequenzen wäre LISA insensitiv.

    Vitali

    • Sicher? Der Gast erklärt das im Podcast nämlich anders. Und zwar:

      Der Laser hat jetzt eine fiktive Wellenlänge von 1cm. Und die Gravitationswelle staucht einen 1km langen Arm um 2,5mm. Da das Licht den Arm hin und zurück läuft, ändert sich die Weglänge für das Licht damit um 5mm. Das ist eine Phasenverschiebung um 180°.
      Eine andere Gravitationswelle staucht den Arm jetzt aber um 7,5mm. die Weglänge für das Licht ändert sich also um 15mm, das sind 540° oder eine ganze Wellenlänge und 180°. Da der Detektor aber NUR die Phasenlage erkennen kann sieht der nicht, dass jetzt aber in der Weglänge eine ganze Welenlänge fehlt. Sprich der Detektor kann 540° nicht von 180° unterscheiden.
      Hätte der Laser eine geringere Frequenz (größere Wellenlänge) von z. B. 10cm, dann wären die 5mm Lichtwegänderung der ersten Gravitationswelle nur 18° Phasenverschiebung und die 15mm Lichtweglängenänderung der zweiten Gravitaionswelle 54° Phasenverschiebung, also noch gut unterscheidbar.

      Hab ich das falsch verstanden oder ist ein anderer Effekt dafür verantwortlich? Danke!

      • Die Ausfuhrung ist korrekt, hat aber nichts mit dem Frequenzbereich von LISA zu tun…

        Kleinere Wellenlänge erlaubt in der Regel eine genauere Messung, aber das ist bei LISA eher weniger sinnvoll da man nicht durch die Größe der Laser Wellenlänge limitiert ist

        • Ok, vielen Dank! Ich habe nochmal nachgehört und Du hast recht. Bei 2:38:xx wird das besprochen. An den Effekt hab ich nicht gedacht aber klar, das ist schon logisch.
          Überhaupt kommt da jetzt echt viel neues an das man noch nicht gedacht hat oder was man als Menschheit auch noch nicht gesehen hat. Mich hat das an das Buch “Picknick am Wegesrand” erinnert wo ja auch gänzlich unbekannte neue Dinge erkundet werden.

  12. Eine kleine Ergänzung und eine Frage: Es stimmt nicht ganz, dass man von dem BH merger, der die Gravitationswelle ausgelöst hat, im elektromagnetischen Spektrum nichts mitbekommen hat, jedenfalls ist es nicht ausgeschlossen: Der Fermi-Satellit hat 0.4 Sekunden nach dem Gravitationswellenereignis einen kleinen Gamma-Ray-Burst gesehen, der mit keiner sonstwie bekannten Quelle assoziiert werden kann, dessen Richtung (wenn auch sehr schlecht aufgelöst) mit der Gravitationswellenquelle kompatibel ist: http://gammaray.nsstc.nasa.gov/gbm/publications/preprints/gbm_ligo_preprint.pdf

    Was die Frage der zwei Arme des Interferometers angeht, dachte ich immer, dass der Grund dafür der Quadrupolcharakter der Gravitationswellen ist und man mit einem Arm (selbst wenn man einen guten Längenstandard hätte) nicht ausreichen würde, da das ein Dipol wäre, der nicht angeregt wird. Ist diese Erklärung falsch?

    • Hallo Robert,

      nach meinem Stand sind die Ergebnisse von Fermi umstritten, da Fermi fast durch die Erd-Atmosphäre gucken musste – und es somit auch ein terrestrisches Signal sein könnte. INTEGRAL(?) hatte eine viel bessere Sicht, und hat nichts gesehen. Die 0.22% false-prabibility ist kombiniert mit der Gleichzeitigkeit, ohne das wäre die False-Positive Wahrscheinlichkeit viel höher. Zudem hat FERMI das Signal erst gefunden, nachdem es ein “neuartigen” Alogrithmus verwendet hat, und die Standard Datenprozessierung hat das Event nicht erkannt.

      [Das war das, was ich aus einem Gespräch mit einem Kollegen behalten habe.]

      Wegen Quadrupol-Charakter: Das Quadrupol-Moment der Quelle ist für den Strain verantwortlich. Die Störung in der Metrik im TT-Gauge in linearer Näherung ist:
      Gl.(3) + (19) in
      http://epjquantumtechnology.springeropen.com/articles/10.1140/epjqt16

      Die führt dazu, dass die Photon-Propogationszeit in einem Arm durch GW moduliert wird. Deswegen sollte meiner Meinung nach theoretisch ein zweiter Arm bestehend aus einem perfekten Längenstandard+Laser oder einer perfekten Uhr ausreichen, um GW zu messen. Man verliert aber die “Hälfte” des Signals: der GW Effekt wäre nur halb so groß.

  13. Im Podcast ging es um die Unterscheidung zwischen den statischen Feldern und den Wellenfeldern (sowohl elektromagnetisch als auch der Gravitation). Hier gibt es auch noch eine technischere Unterscheidung (die allerdings auch deutlich macht, dass die Trennung nicht ganz so scharf ist): Ich kann natürlich auch eine elektrische Ladung (langsam) hin- und herbewegen. Dann bewegt sich auch das statische Coulombfeld, so dass das Zentrum immer auf die Ladung zeigt. Das sind aber noch keine Wellen.
    Bei diesem zeitlich veränderlichen Coulombfeld (wie auch beim statischen) fällt nämlich die Kraft (bzw die Feldstärke) mit dem Quadrat des Abstands ab, also wie 1/r^2.
    Der Witz bei den Wellen ist aber, dass es auch einen Feld-Anteil gibt (proportional zur Beschleunigung), der nur wie 1/r abfällt, also bei grossen Abständen den anderen deutlich dominiert. Dieses sind die Wellen und nur die haben die Chance sich weit auszubreiten. Das 1/r^2 -Feld heisst in der Antennentechnik “Nahfeld” und das andere “Fernfeld”. Entsprechend bei der Gravitation würde niemand auf die Idee kommen, das statische Gravitationsfeld von einem 30 Sonnenmassenobjekt am anderen Ende des Universums bei uns nachweisen zu wollen, wir sehen ja nicht einmal einen (direkten) Einfluss der nächsten Fixsterne (bis auf die Gesamtgravitation der Milchstrasse), all dies wird durch den 1/r^2-Faktor platt gemacht. Nur bei den Wellen haben wir durch den 1/r-Abfall eine Chance, sie auf astronomischen Abständen individuell zu detektieren.

  14. Es wäre noch hinzuzufügen, dass Einstein nicht 1915 sein Plagiat zu den Gravitationswellen veröffentlichte, sondern erst am 18. März 1918. Und die Erkenntnisse zu den Gravitationswellen stammen nicht von Einstein, sondern von dem französischen Mathematiker und Physiker Henri Poincarè, der sich bereits 1905 mit dem Phänomen von Gravitationswellen beschäftigte! Es ist zu vermuten, dass Deutschland, das den 1. Weltkrige verlor, Einstein vereinahmte, um noch den geistigen Sieg über Frankreich im Nachhinein zu erzielen.
    Literaturrecherchen ergaben, dass das maximale Auflösungsvermögen von modersten Laserinterferometer 1 nm ( 10hoch-9 m)beträgt! Damit wären die forschen Forscher aus den USA und Deutschland, samt der Max-Planck-Gesellschaft und den Einstein-Institute brillant widerlegt, die angeblich eine Amplitude von 10hoch- 21 gemessen haben sollen!

    Siegfried Marquardt, Königs Wusterhausen

  15. Ich hätte da gerne mal ein Problem 😉 .
    Wie kann man etwas messen, wenn das Messinstrument Teil des zu messenden Objektes ist? Wenn Eine Gravitationswelle die Raumzeit krümmt/staucht, dann wird Sie den Raum stauchen, womit also alles was “Raum” einnimmt mitgestaucht wird, also auch das Lineal. Ebenso die Zeit, also auch die Lichtlaufzeit, und darüber funktioniert ja ein Interferometer…
    Aus meiner beschränkten Sicht kann man Gravitationswellen also nur messen, wenn man ein Lineal hat, welches unbeeinflusst von der Raumzeit unseres Universums ist. Nicht? Hab ich mir da was Falsches zusammengegrübelt?

  16. Bei LISA bin ich raus.
    Wie kann man mit einem Laser etwas messen, wenn die Objekte im All nicht ruhig im Raum liegen, sondern ständig in Bewegung sind?

    • Ich verstehe deine Frage nicht ganz. Wenn sie still stehen würden, bräuchte man ja die Bewegung gar nicht messen 😉

      Der Trick ist, dass die Konstellation aus 3 Satelliten relativ starr ist. Das Dreieck, was gebildet wird, bewegt sich zwar durch den Raum, aber trotzdem kann man Licht hin und her schicken zwischen den Endpunkten.

      Zumindest solange die Lichtgeschwindigkeit viel größer ist, als die Bewegungsgeschwindigkeit des Dreiecks.

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