Hier aktuell die Antworten auf ein paar Fragen, die heute (und generell im Zusammenhang mit der Allgemeinen Relativitätstheorie) immer wieder auftauchen (ach so, Chemiker hat drauf hingewiesen, dass ich vergessen habe, auf meinen langen Artikel zu Gravitationswellen zu verlinken.).

Ach ja: Ich werde hier auch neue Antworten einbauen, wenn noch weitere Fragen kommen – lohnt sich also vielleicht, ab und zu mal reinzuschauen.

Bevor die Fragen kommen, hier noch ein Link mit einer Seite, die die Ergebnisse auch erklärt und die viele schöne Animationen enthält. (Dank an Niels)

Wenn die Gravitation lichtschnell ist, wie entkommt sie dann dem Schwarzen Loch?

Eine in der Tat naheliegende Frage. Ein SL (kurz für Schwarzes Loch) hat ja einen Ereignishorizont und alles was innerhalb des Horizontes ist, kann nie wieder nach außen. Würde man innerhalb des Ereignishorizonts eine Gravitationswelle erzeugen, dann würde die auch nicht nach außen gelangen können.

Mit dem Schwerefeld ist es aber anders. Dazu muss man sich folgendes überlegen: Die Einstein-Gleichung ist eine lokale Gleichung, das heißt alles, was “jetzt und hier” passiert, wird nur von dem beeinflusst, was “ganz in der Nähe vor ganz kurzer zeit” passiert ist. Direkt oberhalb des Ereignishorizonts ist die Raumzeit gekrümmt, weil sie auch am Ereignishorizont gekrümmt ist. Die Gravitation muss also nicht aus dem Inneren des SL entkommen, sondern kommt sozusagen vom Ereignishorizont. Das gilt übrigens auch für elektrische Felder – in Schwarzes Loch kann eine elektrische Ladung haben und erzeugt dann ein elektrisches Feld. Auch da ist es so, dass das elektrische Feld nur durch das beeinflusst wird, was in seiner unmittelbaren Umgebung passiert. Anschaulich kann man sich vorstellen, dass am Ereignishorizont die Zeit von außen betrachtet ja scheinbar unendlich langsam vergeht – also wird das Feld dort (egal ob elektrisches oder Gravitationsfeld) “eingefroren”.

Ein anderes Bild, mit dem man sich das Ganze veranschaulichen kann, ist das der “stürzenden Raumzeit”. Das habe ich hier erklärt.

Wurden jetzt Gravitonen nachgewiesen, also die Quantenteilchen der Gravitation?

Nein. Man hat jetzt Gravitationswellen direkt nachgewiesen. Dass diese Wellen aber quantisiert sind, lässt sich aus den Ergebnissen nicht zeigen. (Obwohl Kip Thorne bei der Pressekonferenz darauf hingewiesen hat, dass man immerhin eine Obergrenze für die Masse der Gravitonen angeben kann, die winzig klein sein muss.) Die Situation ist ähnlich wie bei den elektromagnetischen Wellen im 19. Jahrhundert. Als Hertz die nachgewisen hat, war das ziemlich analog zu dem, was wir heute erlebt haben: Von der Theorie vorhergesagte Wellen wurden nachgewiesen. Aber auch aus den Experimenten von Hertz ließ sich nichts über die Quantennatur des Lichts schließen.

Das Signal, das heute detektiert wurde, hatte ziemlich niedrige Frequenzen, so mit ein paar Schwingungen pro Sekunde. Die Frequenz ist also etwa um einen Faktor eine Billion kleiner als die der Strahlung des sichtbaren Lichts – entsprechend sind auch die Energien der Gravitonen winzig klein. (Mehr über Gravitonen und Quantengravitation findet ihr hier und hier.) Solche winzigen Quanten zu messen, wäre extrem schwierig.

Licht wird ja von Massen abgelenkt. Gravitationswellen auch?

Kurze Antwort: Ja. Gravitationswellen verhalten sich da ziemlich analog zu Lichtwellen – sie bewegen sich durch den Raum (auch wenn sie selbst Raumkrümmungen sind – stellt euch das analog vor wie eine Schallwelle, die sich durch ein Material ausbreitet) und werden entsprechend auch abgelenkt, wenn die Raumzeit gekrümmt ist. Weil die Gravitationswelle selbst auch Energie hat, erzeugt sie auch selbst ein Schwerefeld. In der Allgemeinen Relativitätstheorie kann das zu komplizierten Rückkopplungen der Raumzeitkrümmung mit sich selbst führen. Das ist auch der grund, warum die Gleichungen so schwer zu lösen sind. (Mathematisch gesagt: Die Gleichungen sind nicht-linear, während z.B. die Gleichungen der Elektrodynamik linear sind.)

Können diese bestätigten Theorien nun auch ein Fortschritt in der Raumfahrt bedeuten, sprich eines neuem Antriebssystems? (Aus den Kommentaren)

Nein, für’s erste nicht. Die Ergebnisse bestätigen ja nur die Theorie (auf eindrucksvolle Weise) und sie eröffnen ein neues Fenster für die Astronomie. Aber es gibt keine neuen Erkenntnisse, was die Natur der Raumzeit selbst angeht. Im Moment ist ein Warpantrieb zwar theoretisch möglich, aber um ihn zu konstruieren, bräuchte man einiges an neuer Physik. (Siehe zum Beispiel hier bei der englischen Wikipedia.)

Können Gravitationswellen miteinander wechselwirken?

Ja. Die Wellen, die wir hier detektieren können, sind vergleichsweise schwache Gravitationswellen. Die können in ähnlicher Weise miteinander wechselwirken wie Lichtwellen, es kann also zum Beispiel Interferenz geben, wen zwei Wellen aufeinandertreffen. Anders als die Gleichungen der Elektrodynamik sind die Einstein-Gleichungen aber nichtlinear – wenn Gravitationsfelder sehr stark werden, dann können sie sich in sehr komplizierter Weise beeinflussen. Anschaulich kann man sich das dadurch vorstellen, dass in einer Gravitationswelle ja Energie steckt, und Energie ist Masse (E=mc²), also erzeugen Gravitationswellen selbst auch Gravitation. (Während elektromagnetische Wellen keine neuen elektromagnetischen Felder erzeugen.) Siehe auch die Antwort oben zur Frage nach der Ablenkung im Schwerefeld.

Wir forschen seit Jahrhunderten und entwickeln schließlich eine Relativitätstheorie und ein LIGO, und kurz nachdem wir es einschalten, kommt die Gravitationswelle eines Block Hole Mergers des Weges und bestätigt alles, was wir vermutet haben. Ich glaube nicht an solche Zufälle. Lässt sich aus diesem Ereignis sinnvoll ableiten, dass Schwarze Löcher viel häufiger verschmelzen, als wir bisher dachten? Gibt es überhaupt irgendwelche Abschätzungen darüber? (frage von schlappohr in den Kommentaren)

Das wurde gestern auch bei der Pressekonferenz gefragt. Ja, das paper enthält eine Abschätzung dazu, wie häufig solche Ereignisse sind. Man hat jetzt in der bisherigen Messzeit ein solches Ereignis gesehen, also sollten etwa 2-400 solche Ereignisse pro Jahr und Kubik-Gigaparsec stattfinden. Das paper sagt:
This is consistent with a broad range of rate predictions as reviewed in [114], with only the lowest event rates being excluded.

Das Ereignis ist also nicht so unwahrscheinlich – ein bisschen Glück gehört natürlich auch dazu.

Man muss auch bedenken, dass es  auch nicht der erste Gravitationswellendetektor ist, der je in Betrieb gegangen ist. Bisher wurden aber keine Signale gemessen. Insofern haben wir die Messgenauigkeit eben immer weiter erhöht und irgendwann ist es dann halt soweit und eine Messung klappt.

Warum wird von einem neuen Zeitalter der Astronomie gesprochen?

Bisher haben wir nahezu alle Kenntnis über das Universum aus der Messung von elektromagnetischen Strahlen (Licht, Radiowellen, Röntgenquellen). Ein paar Informationen bekommen wir aus der Neutrino-Astronomie (z.B. bei der Supernova von 1987), aber große Mengen Neutrinos bekommen wir nur von der Sonne. Jetzt haben wir die Möglichkeit, Dinge zu beobachten, die kein Licht aussenden, wie beispielsweise eben zwei Schwarze Löcher, die verschmelzen. Wenn man die Detektoren verbessert, dann kann man eines Tages auch weiter ins All hinausschauen – und in der Astronomie bedeutet das immer auch, dass man weiter in die Vergangenheit schaut. Im frühen Universum gab es Objekte wie Quasare, die extrem lichtstark sind und unglaublich viel Energie abstrahlen. Vielleicht können wir mit der Gravtitationswellen-Astronomie auch darüber mehr herausfinden. Mehr darüber auch hier beim Nachbarblog. Hier findet ihr auch sehr viel zum Thema, allerdings auf Englisch.

Was würde passieren, wenn man in der Nähe der verschmelzenden Schwarzen Löcher wäre? Würde man durch die Gravitationswellen zerrissen werden?

Dazu machen wir eine grobe Abschätzung: Die Stärke der Raumverzerrung einer Gravitationswelle sinkt linear mit der Entfernung. (Irgendwo in einem Kommentar hatte ich angenommen, dass das quadratisch geht, aber das war Quatsch.) Wenn ihr also zehnmal dichter an die Quelle des Signals herangeht, wird die Raumverzerrung zehn mal größer. Auf der Erde haben wir eine Amplitude der Dehnung von etwa 10^-21 gemessen, ein Meter wird also um 0,000000000000000000001 Meter (21 Nullen) gedehnt oder gestaucht. (Zur Erinnerung: 10 hoch x, geschrieben 10^x, bedeutet eine Eins mit x Nullen. 10^3 ist also 1000 (Tausend), 10^6 ist 1000000 (eine Million). Wenn oben ein Minuszeichen steht, dann ist das 1 geteilt durch die zahl, 10^-3 ist also 1/1000=0,001. Schreibt in dem Fall so viele Nullen, wie im Exponenten stehen, dann eine 1 dahinter und hinter die erste Null das Komma.)

Bei normaler Alltagsverformung von Objekten haben wir Dehnungen im Bereich von einigen Promille oder Prozent. Wenn ihr eine Büroklammer verbiegt, dann beginnt die plastische (also die bleibende) Verformung, wenn ihr eine Dehnung von etwa 0,2% aufbringt, also 0,002, Da wir ne grobe Abschätzung machen, mache ich daraus mal 0,001, dann muss ich keinen Vorfaktor 2 mitnehmen, und genauer ist mein Ergebnis eh nicht. Auch zum Beispiel unsere Knochen fangen bei Dehnungen in dieser Größenordnung an, kleine Risse zu bekommen (typischerweise so bei 0,3-0,4% Dehnung; für Galopprennen nimmt man übrigens extra junge Pferde, weil bei jungen Tieren die Bruchdehnung der Knochen etwas größer ist, so etwa bei 0,5%).

Wir haben also 10^-21 und wollen 10^-3 (0,001), das sind 18 Zehnerpotenzen. Wenn wir um einen Faktor 10 Dichter an die Quelle herangehen, steigt die Signalstärke um einen Faktor 10, also auf 10^-20. Wir müssen um einen Faktor 10^18 dichter an die Quelle heran, also 18 Zehnerschritte. Die Quelle ist etwa eine Milliarde (10^9) Lichtjahre entfernt. Ein Lichtjahr sind etwa 10 Billionen (10^13) Kilometer, insgesamt ist die Quelle also 10^22 Kilometer entfernt, wir wollen um einen Faktor 10^18 dichter ran, das macht also 10^4 Kilometer, also 10000 Kilometer. Das ist dichter an der Erde als ein Satellit in einer geostationären Umlaufbahn und mehr dreißig mal näher als der Mond (der ist so bei 360000 Kilometern).

Wenn allerdings zwei Schwarze Löcher mit zusammen über 60 Sonnenmassen auf diese Entfernung an euch herankommen, dann braucht ihr euch über die Gravitationswellen vermutlich keine Gedanken zu machen – die Erde wäre dann eh längst aus ihrer Umlaufbahn geworfen und dadurch, dass ein Teil der Erde den Schwarzen Löchern näher wäre als der andere, würde sie auch durch Gezeitenkräfte zerrissen werden.

Was bedeutet es eigentlich , wenn sich der Raum verzerrt? Was würde mit Materie passieren, wenn die Verzerrung des Raumes sehr groß wäre?

Die Antwort auf diese Frage ist etwas länger, deswegen spendiere ich ihr einen eigenen Text.

             

PS: Falls euch weitere Fragen einfallen, postet sie in den Kommentaren. Ich werde sie dann beantworten, allerdings nicht unbedingt in Echtzeit, aber bestimmt innerhalb der nächsten paar Tage.

PPS: Wer das Originalpaper lesen will: Findet ihr bei Was geht

Kommentare (131)

  1. #1 sonny
    augsburg
    11. Februar 2016

    Hallo!

    Bisherigen erkenntnissen dient die entdeckung der Gravitionswellen der erkundung des Universums und soll aufschlüsse unseres daseins geben.

    Aber können diese bestätigten Theorien nun auch ein Fortschritt in der Raumfahrt bedeuten, sprich eines neuem Antriebssystems?

  2. #2 MartinB
    11. Februar 2016

    Hab ich gleich in den Text aufgenommen, Antwort steht oben.

  3. #3 sonny
    augsburg
    11. Februar 2016

    Besten dank! Finde die Seite wirklich klasse und Informativ!

  4. #4 Aveneer
    11. Februar 2016

    Kann man etwas über die Elastizität der Raumzeit (die bisher etwas fragwürdige hergeleitet wurde) aussagen? Berechnen / ableiten… und welche Einflüsse hat diese auf die Messergebnis? Z.b bezüglich auf die Abschätzung der beteiligten Massen.
    Danke

  5. #5 Florian W
    Internet
    11. Februar 2016

    Liegt es an den Gravitationswellen, wenn es mir morgens schwer fällt, aufzustehen?

    Erwartet man mit dem Messen der Gravitationswellen neu Erkenntnisse über die dunkle Materie/Energie gewinnen zu können?

    Stellen Gravitationswellen eine Gefahr für die Erde da, und wenn ja, welches sind mögliche Abwehrmaßnahmen?

    😉

  6. #6 Chemiker
    11. Februar 2016

    Da MartinB zu nobel ist, um auf seine eigene Erklärung Was sind Gra­vita­tions­wellen? zu verlinken, hole ich das hier nach. Eine Frage habe ich auch noch:

    Was machen eigentlich Gra­vita­tions­wellen mit anderen Gra­vita­tions­wellen?

    Lichtwellen interferieren, weil die Elektro­dynamik linear ist. Bei Gra­vita­tions­wellen müßte das im Limit geringer Energie­dichte gleich sein. Bei höheren Energie­dichten er­warte ich dagegen Streuung, so wie Licht mit Ladung, Gra­vita­tions­welle mit Masse oder zwei in­einan­der fliegende Vogel­schwärme (zu­sätz­lich zur Inter­ferenz).

    Liege ich damit richtig,oder ist das eine unzulässige Vereinfachung?

    Die Streuung von Gravitations­wellen an Masse würde ich mir gerne ganz analog zur Licht­streuung an Elektronen vor­stellen: Die Welle bringt die Masse zum Zittern, das ist eine Be­schleuni­gung, und die Masse sendet daher sekundär eigene Gra­vita­tions­wellen aus. Aber vermut­lich ist das falsch, weil ein Teilchen, das von einer Gra­vita­tions­­welle durch­geschüt­telt wird, immer noch auf einer Geo­däte lebt und daher von dem Schütteln nichts be­merkt. Kann man diese Analogie trotz­dem irgend­wie retten und auch damit auch erklären, wie das Quadrupol­moment ins Spiel kommt und was es am Bild ändert?

  7. #7 BastianL
    11. Februar 2016

    Hallo

    Die verschmolzenen SL sind “ziemlich weit” von uns entfernt, ich glaube etwas von 1,3 Milliarden +-300 Millionen Lichtjahren gelesen zu haben.
    Trotz der Distanz war eine Messung möglich.

    Mich würde nun interessieren, was gemessen worden wäre, wäre die Distanz zu den SL deutlich geringer.

    Außerdem, unabhängig des Obrigen interessiert mich, Verstärken bzw löschen sich Gravitationswellen aus verschiedenen Quellen gegenseitig aus, wenn ihre Schwingungen zusammen treffen?

  8. #8 MartinB
    11. Februar 2016

    @Aveneer
    Was die Eigenschaften der Raumzeit angeht, sind die so, wie erwartet. Wie gesagt, die Messungen bestätigen ja “nur” eine Theorie, insofern liefern sie keine neuen Vorhersagen bezüglich der ART.

    @FlorianW
    Frage 1: Weiß ich nicht, je nachdem, wie dicht dein Bett an einem paar rotierender schwarzer Löcher steht, ist das denkbar. Vielleicht sorgt auch die Zeitdilatation im Schwerefeld dafür, dass du zu wenig schläfst, falls dein Funkwecker sein Signal aus ner niedrig-Schwerkraft-Region bekommt 😉

    Frage 2: Sehe ich im Moment nicht, weil man dazu ja sehr starke und konzentrierte Massen braucht. Dunkle Materie bewegt sich ja vermutlich als diffuse Wolke und erzeugt deshalb vermutlich nahezu keine Gravitationswellen, ich sehe auch nicht, dass die in der Lage wären, welche abzulenken und dass man das irgendwie messen könnte. (Aber wer weiß, bei dunkler Materie bin ich nicht so die Expertin.)

    Frage 3: Solange die schwarzen Löcher nicht hier in der Nähe kollabieren, wäre ich da beruhigt. Dehnungen von Zehn hoch minus 21 sind nix, worüber man sich Sorgen machen muss.

  9. #9 MartinB
    11. Februar 2016

    @Chemiker
    Gravitationswellen interferieren, das ist richtig. Wenn man starke Felder hat, wird’s nichtlinear, da können alle möglichen Effekte ins Spiel kommen, auch gegenseitige Ablenkung zweier Wellen ist sicher theoretisch denkbar.

    Was die Wewi mit Materie angeht: Ja, soweit ich das sehe, kann ich einen Massenpunkt nicht mit ner Grav-Welle dazu bekommen, eine eigene Welle auszusenden. Wenn aber eine extrem starke Welle mit ner sehr starken Raumkrümmung wechselwirkt, dann hakt meine Vorstellung ehrlich gesagt aus, so intuitiv verstehe ich die Feldgleichungen der ART nicht.

    @BastianL
    Ja, die Zahlen hatte ich auch im Liveblog.
    Wäre die Distanz geringer gewesen, wäre die Messung einfacher, d.h., das Signal wäre stärker gewesen. Aber wie Thorne bei der Pressekonferenz sagte: Das Volumen, das wir messen, geht mit der Empfindlichkeit der Detektoren hoch drei.

    Und ja, Garv-Wellen können miteinander interferieren, siehe die Antwort an Chemiker. Nehme ich mal in den text auf.

  10. #10 Hans
    St.Georgen
    11. Februar 2016

    Kann man jetzt auch die Existenz von Schwarzen Löchern als gesichert betrachten oder kann das beobachtete Signal auch von anderen Ereignissen generiert werden.

  11. #11 MartinB
    11. Februar 2016

    Hans
    Soweit ich es verstehe, passen die Messungen nur zur Kollision zweier schwarzer loecher, andere objekte wuerden nivht so schnell verschmelzen. Ich denke, wären es z.b. neutronensterne, würde das signsl langsamer abklingen.

  12. #12 Niels
    11. Februar 2016

    @Chemiker @MartinB

    Was die Wewi mit Materie angeht: Ja, soweit ich das sehe, kann ich einen Massenpunkt nicht mit ner Grav-Welle dazu bekommen, eine eigene Welle auszusenden. Wenn aber eine extrem starke Welle mit ner sehr starken Raumkrümmung wechselwirkt, dann hakt meine Vorstellung ehrlich gesagt aus

    Ich weiß nicht ganz, ob die Frage sinnvoll ist.

    Wenn man linearisieren kann, was praktisch immer der Fall sein wird, strahlt die von der Gravitationswelle getroffene Materie dadurch keine eigene Welle ab.

    Falls man nicht mehr linearisieren kann, trifft eine starke Welle auf ein äußerst starkes nicht-stationäres Gravitationsfeld. Bei Nichtlinearität kann man den Gesamteffekt aber doch gerade nicht sinnvoll in seine beiden Einzelbestandteile zerlegen.
    Man kann also eigentlich nicht sagen, ob die starke Welle oder das starke nicht-stationäres Gravitationsfeld die zusätzlich abgestrahlte Gravitationsstrahlung erzeugt hat bzw. welcher Einfluss welchen Anteil hat.
    Man weiß doch nur, dass das Zusammenspiel der beiden Einflüsse es verursacht, oder?

    @FlorianW @MartinB
    Die Erde wäre schon lange von den Gezeitenkräften der schwarzen Löcher zerrissen, bevor etwaige Gravitationswellen zur Gefahr würden.

  13. #13 MartinB
    11. Februar 2016

    Hastvrechtmit der linearisierung

    Man könnte aber ja auch grav-welln von vielen kollabierenden schwarzen löchern passend bündeln, so dass sie auf der erde intrfrieren, so ähnlich wie wenn man ultraschall im körper einsetzt. So ähnlich funktiniert bestimmt auch der neue Todesstern bei SW7, oder?

  14. #14 Ingo
    11. Februar 2016

    Ausbreitungsrichtung
    In welche Richtung breitet sich eine Gravitationswelle eigentlich (ausgehend von dem Ereigniss, dass zwei schwarze Loecher sich immer schneller umkreisen und schliesslich kollabieren) aus?
    In alle Richtungen (kugelformig),- in richtung der Scheibe,- oder in richtung der gemeinsamen Drehachse?

    Analogie zum Dipol bei elektromagnetischen Wellen: Eine normale Lamda/4-Antenne strahlt scheibenfoermig in alle Richtungen, aber nicht nach oben oder unten,– wahrend eine Richtfunkantenne nur in eine Richtung strahlt. (stark vereinfacht)

  15. #15 Niels
    11. Februar 2016

    @MartinB
    Nö, so funktioniert dann der Todesstern in sw8, die sogenannten frozen star facilities.
    Rey fliegt am Schluss mit dem Millennium Falcon in eine davon rein und jagt den singularity reactor hoch, der hyperspacefeedback erledigt dann natürlich das ganze Netzwerk, weil der Kompensator eine Schwachstelle hat.

  16. #16 Niels
    11. Februar 2016

    @Ingo
    Schon eher kugelförmig. Ist aber schwierig zu beschreiben, schau es dir lieber selbst an.
    Einen Haufen Simulationsvideos findet man zum Beispiel hier:
    https://www.black-holes.org/gw150914

  17. #17 Ingo
    11. Februar 2016

    Transversalwelle vs Longitudinalwelle

    Die Gravitationswelle ist eine Transversalwelle und schwingt daher im rechten Winkel zur Ausbreitungsrichtung.

    Meine Frage ist:
    In unmittelbarer Naehe des Eregnisses muesste doch auch eine Longitudinalwelle sein,- einfach dadurch dass die Gravitationsquellen (die beiden schwarzen Loecher) in ihrer Umkreisung mal naeher, und mal weiter weg vom gedachten Messpunkt sind,- und damit das Gravitationspotential zu- und abnimmt. (Hier wird also eher das Gravitationspotentall an sich betrachtet,- und nicht die ‘klassische Welle’)
    In weiter Entfernung muesste dieser Anteil allerdings verschwindend gering sein, da er mit dem Quadrat zur Entfernung abnimmt,- wie jede Gravitationsquelle.

    Analogie: Im Nahbereich einer Dipolantenne sind elektrostatische sich wechselne Felder zu beobachten. Erst im Fernbereich hat man eine “saubere EM-Welle”

  18. #18 Alex
    11. Februar 2016

    Ist zwar sicherlich eine dumme Frage, aber da ich nicht dumm sterben moechte …

    Wie reagiert eine Gravitationswelle denn auf die Expansion des Raums? Immerhin
    besteht sie ja aus diesem selbst.
    Expandiert der Raum dabei “aus der Kruemmung heraus” und die Welle selbst bleibt
    intakt, oder wird die Welle durch die Expansion ebenfalls “gestreckt”?

  19. #19 Ch.Schmidt
    Schwerin
    12. Februar 2016

    Frage: Sind die Gravitationswellen auch “rotverschoben”? Wenn ja, ist die Rotverschiebung überhaupt messbar, da es hier keine Spektrallinien gibt?

  20. #20 Herr Senf
    12. Februar 2016

    Gravitations-Merger sollten als Standardkerzen irgendwann nutzbar sein.
    Das heißt, aus der Frequenz könnte man den Abstand herleiten – analog SN.
    Dann gäbe es eine zweite unabhängige Entfernungsskalierung.

  21. #21 Krypto
    12. Februar 2016

    @Alex: Sie wird ähnlich wie EM-Wellen gestreckt.
    @Ch.Schmidt: Aus der Frequenzverschiebung lässt sich die Entfernung recht präzise berechnen.

  22. #22 MartinB
    12. Februar 2016

    @Ingo
    Ich denke, dass das so ist und dass in der Nähe der Massen die Nahfeldlösung komplizierter ist.

    @Alex & Ch.Schmidt
    Da die Gravitationswelle den Raum nur sehr wenig verzerrt, kann man die Effekte überlagern. MaW: Ja, die Welle wird gedehnt und rotverschoben.
    Habe auf die Schnelle im paper nichts dazu gefunden, aber das wird sicher einbezogen worden sein in die Rechnung.

  23. #23 MartinB
    12. Februar 2016

    @Krypto
    Wurde die Frequenzverschiebung herangezogen, um die Entfernung zu messen? Wo steht denn das im paper? Der Abschnitt über die Modellierung ist irgendwie etwas knapp…

    @Niels
    Habe gerade nochmal im paper das hier gefunden (zum Thema Kerr):
    In general relativity, the end product of a black
    hole binary coalescence is a Kerr black hole, which is fully
    described by its mass and spin. For quasicircular inspirals,
    these are predicted uniquely by Einstein’s equations as a
    function of the masses and spins of the two progenitor
    black holes. Using fitting formulas calibrated to numerical
    relativity simulations [92], we verified that the remnant
    mass and spin deduced from the early stage of the
    coalescence and those inferred independently from the late
    stage are consistent with each other, with no evidence for
    disagreement from general relativity.

  24. #24 schlappohr
    12. Februar 2016

    Eine Frage die mir seit gestern durch den Kopf geistert: Wir forschen seit Jahrhunderten und entwickeln schließlich eine Relativitätstheorie und ein LIGO, und kurz nachdem wir es einschalten, kommt die Gravitationswelle eines Block Hole Mergers des Weges und bestätigt alles, was wir vermutet haben. Ich glaube nicht an solche Zufälle. Lässt sich aus diesem Ereignis sinnvoll ableiten, dass Schwarze Löcher viel häufiger verschmelzen, als wir bisher dachten? Gibt es überhaupt irgendwelche Abschätzungen darüber?

  25. #25 MartinB
    12. Februar 2016

    @Schlappohr
    Das wurde gestern auch bei der Pressekonferenz gefragt.
    Ja, das paper enthält eine Abschätzung dazu, wie häufig solche Ereignisse sind. Man hat jetzt in der bisherigen Messzeit ein solches Ereignis gesehen, also sollten etwa 2-400 solche Ereignisse pro Jahr und Kubik-Gigaparsec stattfinden. Das paper sagt:
    This
    is consistent with a broad range of rate predictions as
    reviewed in [114], with only the lowest event rates being excluded.

    Es ist ja auch nicht der erste Gravitationswellendetektor, der je in Betrieb gegangen ist. Insofern haben wir die Messgenauigkeit eben immer weiter erhöht und irgendwann ist es dann halt soweit.

  26. #26 schlappohr
    12. Februar 2016

    Ok, ich sollte erst mal das Paper lesen, bevor ich dumme Fragen poste. Steht für heute Abend auf der Todo-Liste und wird vermutlich ein paar Stunden dauern.

  27. #27 MartinB
    12. Februar 2016

    @schlappohr
    Ich hab das paper auch nicht gelesen, und die Fragen sind völlig o.k.. Nicht alle, die hier den Blog lesen haben die Zeit oder die Vorkenntnisse, um das paper zu lesen.
    Ich werd’s vielleicht am Wochenende nochmal auseinandernehmen.

  28. #28 Bonzo
    12. Februar 2016

    Moin,
    eine Frage eines interessierten Laien:

    Woher wissen die Wissenschaftler, dass sie gerade eine Gravitationswelle
    entdeckt haben und nicht irgendetwas anderes?

  29. #29 MartinB
    12. Februar 2016

    @Bonzo
    Die Frage ist halt, was es stattdessen sein sollte. Das Signal passt eben nur zu Gravitationswellen. Es wurde an zwei Orten praktisch gleichzeitig entdeckt und sieht genau so aus, wie man es von einer Gravitationswelle erwarten würde. Denkbare und bekannte Störquellen sind sorgfältig ausgeschlossen worden.

    Es ist natürlich immer denkbar, dass es ein unbekanntes Phänomen gibt, das genau so aussieht wie eine Gravitationswelle, aber das Problem hat man immer in der Physik und auch im Alltag: Wenn du etwas auf dich zukommen siehst, das wie ein Auto aussieht, dann nimmst du eben an, dass es auch eins ist und nicht ein unbekanntes Objekt, das nur genauso aussieht.
    Ist ein bisschen wie beim “Ententest”:
    If it walks like a duck and swims like a duck and quacks like a duck, it probably is a duck..

  30. #30 Bonzo
    12. Februar 2016

    @MartinB
    Ok, also wusste man quasi wonach man sucht. Allein die Möglichkeit es direkt – wie beschrieben – nachzuweisen war wohl der Knackpunkt.

    Spannende Sache allemal, auch wenn ich nicht alles verstehe. Aber dass diese Forschung wichtig ist, steht für mich außer Frage…vielen Dank für ihre ausführlichen und guten Beiträge!

  31. #31 MartinB
    12. Februar 2016

    @Bonzo
    Ja, man wusste ziemlich genau, wie ein Signal prinzipiell aussehen muss, sonst wäre es sehr schwer gewesen, es zu finden.

  32. #32 adenosine
    12. Februar 2016

    tragen Grav-wellen auch einen Impuls? Können sie Energie oder Impuls an andere Materie übertragen?

  33. #33 MartinB
    12. Februar 2016

    @adenosine
    Aber sicher. Sie tragen Energie, sonst könnten sie ja auch LIGO nicht verformen, und sie tragen auch Impuls.

  34. #34 Siegfried
    12. Februar 2016

    Das Ereignis fand in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren statt. Wenn etwas ähnliches in unserer Galaxie geschieht, ich sage mal 10^4 Lichtjahre von der Erde entfernt, klirren dann bei mir im Küchenschrank die Gläser?

  35. #35 Krypto
    12. Februar 2016

    @Siegfried:
    Nein. Gläser, Schrank, Fussboden und die restliche Erde werden nahezu gleichzeitig verformt; sie haben zueinander keinen unterschiedlichen Impuls.
    Nur bei unterschiedlichen Impulsen kann´s klirren:
    Du schubst den Schrank und die Gläser verharren aufgrund ihrer Trägheit nen Moment auf der Stelle…

  36. #36 MartinB
    12. Februar 2016

    @Siegfried
    Außerdem sind die Verformungen winzig. Wenn ich mal annehme, dass die Abnahme quadratisch geht (sollte sie eigentlich tun, denke ich), dann ist die Verformung 10^10 mal größer – aber das ist immer noch nur 10^-11, eine Strecke von 1 Meter wird also um ein hunderstel Nanometer gestaucht.

  37. #37 Herr Senf
    12. Februar 2016

    Ein kleiner Vergleich:
    wenn anstelle unserer Sonne das Ereignis mit 2*30 Mo gewesen wäre, dann hätten wir hier bei einer AE, also 150 Mio km Entfernung ein relatives Signal von 0,000001 (a<Rs/D)
    Das kitzelt noch nicht mal, aber sowas muß man erst mal messen können!

  38. #38 Krypto
    12. Februar 2016

    @Martin#23:
    Gemäß Tabelle 1 wurde die Leuchtkraftentfernung mit ca. 40% Genauigkeit und die Rotverschiebungsentfernung mit ca. 30% Genauigkeit ermittelt.

  39. #39 Herr Senf
    12. Februar 2016

    @ Martin: Abstandsgesetz der Amplituden ist 1/R, also 10^-6

  40. #40 Ingo
    12. Februar 2016

    Ich bekomme es irgendwie mit der Wahl des Koordinatensystems nicht hin.

    Nach dem was man liesst, haben sie beiden Schwarzen Loecher die ihren Impuls verloren, da sie Energie in Form von Gravitationswellen abgestrahlt haben –> Sie sind langsamer geworden und dadurch auf immer engeren Bahnen schliesslich ineinandergestuertzt.

    So weit so gut. Der Begriff “Geschwindigkeit” macht aber nur Sinn, wenn ich ein Koordinatensystem anlege. (Er ist ein Vector).

    Anders gefragt: Sie sind langsamer geworden,- aber relativ zu was?

    Ich kann das schwarze Loch doch auch einfach als Koerper im freien Fall definieren,- der einfach so seiner Geodaete folgt, und auf den keine aussere Kraft einwirkt. In einem solchen Koordinatensystem wird er ja garnicht beschleunigt. Damit kann also auch keine Gravitationswelle erzeugt werden. Und ausserdem muesste man um den Koerper ‘abzubremsen’ erstmal eine Richtung definieren in welche man den Koerper beschleunigen/abbremsen will. Aber nach welchen Koordinatensystem denn?

    Wo ist mein Denkfehler?

    (P.S.: aufregene Zeit – bestes Blog ueberhaupt – ohne dieses Blog koennte ich in ignoranz besser schlafen – danke)

  41. #41 Herr Senf
    12. Februar 2016

    @ Ingo #40
    Der Denkfehler ist, daß sie langsamer würden, sie werden schneller:
    Wenn sie aufeinander zu spiralen, dann verlieren sie Höhe und geben Energie ab.
    Aber je tiefer die Bahn, desto höher die Umlaufgeschwindigkeit. Jedes Loch hatte 180 km Radius, wenn die sich berühren sind die Singularitäten 360 km auseinander.
    Einfache Abschätzung: die Umlaufbahn ist 3,14*360 km ~ 1.000 km, ein Ereignishorizont kann maximal mit 0,5 LG rotieren, wir bekommen eine letzte Frequenz vor dem Merger etwa im Bereich 2*(150.000km/s) / (1.000km) = 300 Hz, also gut zu hören.

  42. #42 Bartek
    12. Februar 2016

    Grüße von http://www.der-bartek.de
    Ich finde das Thema sehr interessant, auch wenn es eigentlich nur “nice to know” ist. Sehr gut erklärt und interessant geschrieben. Beste Grüße

  43. #43 Krypto
    12. Februar 2016

    @Ingo:
    Wie wäre es mit relativ zu uns?
    Wir haben ja schließlich deren Umkreisung aus den Messdaten herleiten können…
    Und sie haben sich relativ zu ihrem gemeinsamen Schwerpunkt umkreist.

  44. #44 Thomas
    12. Februar 2016

    Toll, dass es hier eine Möglichkeit gibt, in den Medien nicht beantwortete Fragen zu stellen! Im Eingangstext oben steht: “Die Ergebnisse … öffnen ein neues Fenster für die Astronomie.” Was ist damit gemeint? Welche Erkenntnisse erhofft man sich von weiteren Beobachtungen der Gravitationswellen? Ist wie bei elektromagnetischen Wellen die Beobachtung verschiedener Frequenzbereiche möglich, lässt sich ein Detektor entsprechend einstellen?

  45. #45 MartinB
    12. Februar 2016

    @Ingo
    Die Modellrechnungen kann man am einfachsten relativ zum Schwerpunkt der beiden SL machen (also so, dass das SL, das am Ende entsteht, im Raum ruht.)
    Und ja, du kannst eins der SLs als Koordinatenursprung wählen – aber ja nicht beide. Eins bewegt sich also immer, und deswegen können auch Wellen abgestrahlt werden.

    @Thomas
    Naja, man kann zum Beispiel das Verschmelzen Schwarzer Löcher beobachten. Dabei entsteht kein Licht, also konnte man so etwas bisher nur vermuten, aber nicht messen.
    Ich habe gerade einen sehr ausführlichen Artikel freigeschaltet, da ist z.B. eine Abschätzung drin, wie oft solche Doppel-Schwarzen-Löcher im All verschmelzen.

    @alle
    So, für heute klinke ich mich aus, ich habe gerade einen langen Artikel in 3 Stunden runtergehackt und bin etwas platt…

  46. #46 Ingo
    12. Februar 2016

    @Herr Senf #41 @Krypto #43 @MartinB #45

    Herr Senf #41> …schneller werdend – nicht langsamer …

    Ja – stimmt – zu schnell getippt.
    Trotzdem bleibt die Frage die gleiche. Eigentlich muessten die Objekte garnicht beschleunigen. Warum tunen sie es dennoch ?
    Gravitationswellen sind eine Folge der Beschleunigung,- aber warum sollten die Objekte beschleunigen?
    Das Objekt (=ein SL in diesen Fall) folgt ja eigentlich nur der Geodaete. Die einzige Beschleunigungskraft die auf das Objekt wirkt (vom Standpunt des Objektes) sind die Gezeitenkraefte. (Spagettifizierung u.ae.)
    => Je mehr Gezeitenkraefte, desto mehr Gravitationswellen werden ausgesendet ??

    Mein Denkfehler besteht leider noch fort.

    @Krypto #43 > …z.b. relativ zu uns — aka. egal

    Das wuerde ja bedeuten, dass das Koordinatensystem des “Empfaengers” der Gravitationswelle ihre Staerke bestimmt.
    => Wer misst bestimmt das Ergebniss ?? Klingt noch exotischer als Quantenphysik.

    Irgendwas stimmt in meiner Vorstellungswelt nicht :-(

  47. #47 Krypto
    12. Februar 2016

    @Ingo:
    Irgendwas stimmt auch nicht mit Deiner Ausdrucksweise 😉
    Ich kann Dir nicht so richtig folgen, vermute aber, dass Du Schwierigkeiten hast bei der gegenseitigen Beeinflussung von Massen und Raumzeit.

  48. #48 MartinB
    12. Februar 2016

    Ingo
    Setz dich in das ruhesystem des einen SL. Dann kreist das andere um dich herum und hat ein quadrupolmoment, das darf dann GW abstrahlen. oder nicht?

  49. #49 griesl
    12. Februar 2016

    Kann man also Gravitationswellen als “Beben” des Raumes ansehen, die vorkommen, aber nicht ständig und nur wenns zur Sache geht ?
    Bei sensiblerer Technik natürlich häufiger …

    Wieso werden überhaupt 3 Sonnenmassen in Form von GW abgestrahlt, wenn nichts den Ereignishorizonten entfliehen kann ?
    Ist das eine Interferenz der beiden Ereignishorizonte oder verhält es sich wie bei der Fusion, nur in Makro ?

    @ingo
    vielleicht hilft dir die Drehimpulserhaltung weiter … bzw der Pirouetteneffekt

  50. #50 MartinB
    12. Februar 2016

    Griesl
    Die Abstrahlung passiert, bevor die loecher verschmelzen, siehe auchden neuen artikel.
    ja, raumbeben ist als bild ganz o.k.

  51. #51 griesl
    12. Februar 2016

    @ingo sorry vergiss das.
    “Sie sind “schneller” geworden,- aber relativ zu was?”
    In unserm Empfinden von Geschwindigkeit und Beschleunigung.

  52. #52 Ingo
    12. Februar 2016

    @MartinB # 50:
    > Setz dich in das ruhesystem des einen SL. Dann kreist das andere
    > um dich herum und hat ein quadrupolmoment, das darf dann GW abstrahlen.

    Klick !
    Danke :-)
    Mein Denkfehler war, dass ich annahm das das SL auf dessen Ruhesystem ich liege Gravitationswellen aussenden muesste.

    Tut es garnicht (jedenfalls nicht in diesen Ruhesystem),- sondern nur das andere SL (auf dessen Ruhesystem ich NICHT liege) sendet Wellen aus und aendert seine Geschwindigkeit.
    (und natuerlich umgekehrt)
    Auf dem Ruhesystem Erde (weit weg) oder dem Ruhesystem des resultierenen SL senden natuerlich beide SLer Wellen aus.

    Letztendlich muss die Welle also relativ zu einem Ruhesystem betrachtet werden.
    Mit anderen Worten: Die Welle bringt alles zum wackeln,- aber aus einem Ruhesystem was bereits syncron wackelt nimmt man die Welle natuerlich nicht wahr.

    Eines der beiden SL umkreisst mehrere male pro Sekunde seinen Partner,- und nimmt seine eigene Welle in der gleichen Freuqnz nicht wahr.

    @Krypto #47:
    > Ich kann Dir nicht so richtig folgen, vermute aber, dass Du Schwierigkeiten
    > hast bei der gegenseitigen Beeinflussung von Massen und Raumzeit.

    Ich hatte einfach faelschlicher Weise angenommen, dass eine GW aus jedem Initialsystem gleich aussehen muesste.
    (jedenfalls glaube ich, dass das mein Fehler war)

    In gewisser Weise haengt es demnach tatsaechlich vom Empfaenger der GW ab wie diese aussieht (gneauergesagt von dem Ruhesystem des Detektors).
    Wenn sich der Detektor mit der gleichen Freuqenzzahl mitdrehen wuerde,- koennte er die Welle nicht sehen.

  53. #53 Huffduff
    12. Februar 2016

    Vielen Dank dass du uns hier die Graviatationswellen erklärst.

    Ich bin ja stark von der freigesetzten Energie von 3 Sonnenmassen beeindruckt. Was wäre denn der Effekt der GW auf Objekte in unmittelbarer Nähe der verschmelzenden schwarzen Löcher? Würden die Kontraktionen des Raums Planeten “durchwalken” oder Raumschiffe zerbrechen/zerdrücken?

  54. #54 griesl
    12. Februar 2016

    @MartinB
    Den hatte ich grad gelesen. Meine Fragen fand ich hier passender.
    Wenn ich es richtig verstanden hab, entläd sich der Impuls in GW und Mo ist ein Maß der Energie, die Systeme mitbringen.
    Wenn die Sonne nicht um Sagittarius A* kreisen und “still stehen” würde, würde die Sonne die Gravitation aufbringen können um unser Sonnensystem zusammenzuhalten ?
    Ingo sprach Beschleunigung an, müsste die Masse dann nicht zunehmen, wenn die Geschwindigkeit der Sl zunimmt ?

  55. #55 Krypto
    13. Februar 2016

    @Huffduff:
    Die GW hätten auch da keinen von Dir beschriebenen Effekt. Auch wenn der 2D-Vergleich extrem hinkt, zur Veranschaulichung trägt es jedoch bei:
    Stell Dir eine Fahne mit Wappen vor:
    Die weht schön wellig im Wind, dem Wappen geschieht aber nix dabei.
    Allerdings würden die Gezeitenkräfte der SL alles in der Nähe zerbröseln.

  56. #56 Krypto
    13. Februar 2016

    @griesl:

    Wenn die Sonne nicht um Sagittarius A* kreisen und “still stehen” würde, würde die Sonne die Gravitation aufbringen können um unser Sonnensystem zusammenzuhalten ?

    Selbstverständlich, genauso wie die Erde auch ohne Sonne den Mond behält oder Tschuri Rosetta bei sich hält.

    Ingo sprach Beschleunigung an, müsste die Masse dann nicht zunehmen, wenn die Geschwindigkeit der Sl zunimmt ?

    Ruhemasse ist und bleibt gleich(GW-Strahlung mal außen vor), aber die Energie nimmt zu.
    Ruhemasse und träge Masse sind 2 Paar Schuhe.

    @Martin:
    Irgendwie erinnert mich GW-Strahlung plötzlich an Bremsstrahlung… 😉

  57. #57 Krypto
    13. Februar 2016

    @griesl:
    Ergänzung:
    Google mal nach “Lagrange-Punkt”, da wirst Du recht deutlich sehen, wo sich Gravitationskräfte aufheben und daraus kannst Du ableiten, dass ab diesen Punkten die prinzipiell unendlich weit reichenden Gravitationsfelder entfernter Objekte lokal vernachlässigbar klein werden.

  58. #58 Krypto
    13. Februar 2016

    @Ingo:

    Wenn sich der Detektor mit der gleichen Freuqenzzahl mitdrehen wuerde,- koennte er die Welle nicht sehen.

    Ähhh…nee?! 😉
    Die Frequenz ist im Vergleich zur Ausbreitungsgeschwindigkeit extrem niedrig und ändert sich im Verlauf des Signals.
    Außerdem ändert sich auch noch die Amplitude.
    Wie soll da ein Empfänger blind werden durch destruktive Interferenz?

  59. #59 Ingo
    13. Februar 2016

    @Krypto #58:
    Das ist natuerlich nur ein Gedankenspiel.
    Wenn der Detektor im Ruhesystem eine der beiden Schwarzen Loecher stehen wuerde (und mit ihm um das andere schwarze Loch kreisen wuerde) –
    – dann muesste er doch ausschlieslich die GW des zweiten SL detektieren,- aber eben nicht die GW des SL in dessen Ruhesystem er liegt.

    Genausowenig muessten wir auf der Erde die GW messen koennen die die Erde bei ihrer Bewegung um die Sonne erzeugt.

    (Ganz abgesehen von dem praktischen Problem so eine schwache Welle messen zu koennen. Man liesst von Berechnungen dass die abgestrahlte Energie nur 200W betraegt)

    Wo nichts beschleunigt wird gibs keine GW –
    – und was ich eine Beschleunigung nenne haengt vom Beobachtungspunkt ab.

    Auf einer Erde die einfach nur ihrer Bahn um die Sonne folgt wird garnichts beschleunigt. (im Ruhesystem Erde) -> keine Welle
    Vom Standpunkt der Sonne aus betrachtet findet aber eben doch eine Beschleunigung der Erde statt -> also doch eine Welle

    Die Wahrnehmung der Welle haengt demnach vom Standpunkt ab

  60. #60 MartinB
    13. Februar 2016

    @HuffDuff
    Hat Krypto schon kurz beantwortet, ich werde dazu aber vermutlich nachher nochmal was oben bei den Fragen ergänzen.

  61. #61 Alderamin
    13. Februar 2016

    Ich hab’ auch mal ‘ne Frage:

    Sind die Gravitationswellen von so einem Merger kugelsymmetrisch? Oder eher wie bei einer Dipolwelle? D.h. tritt die Verformung eines Interferometers in jeder Richtung zum Event in gleicher Weise auf, oder gibt’s eine Vorzugsrichtung, etwa in der Ebene, in der sich die beiden Schwarzen Löcher umkreisten?

  62. #62 Reinhold
    13. Februar 2016

    Die Gravitationswellen entstammen also zwei kollidierenden schwarzen Löchern. Alle Materie, die “über” den Ereignishorizont gerät, wird im schwarzen Loch für “immer” geschluckt.
    Was aber geschieht, wenn man die Gleichungen der
    allgemeinen Relativitätstheorie für das Schwarze Loch anwendet, wie es Jean E.Charon getan hat. Die Raumzeit der Materie mit drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension verkehrt sich in einen Zeitenraum
    mit drei Zeitdimensionen und einer Raumdimension. Das wäre die andere, komplementäre Seite der Grenzregion, in der wir leben, der Zeitenraum der Information, des “Geistes”.

  63. #63 MartinB
    13. Februar 2016

    @Alderamin
    Da gibt es sicher eine Winkelabhängigkeit relativ zur Ebene, die ist aber kompliziert. Hier ist ne Animation:
    http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2015/03/15/ist-die-raumzeit-gekruemmt-teil-ii-noch-mehr-raum/

  64. #64 MartinB
    13. Februar 2016

    @Reinhold
    Mit sowas wie “Zeitenraum” kann ich nix anfangen. Ja, im Inneren eines SL drehen sich in gewisser Weise die Eigenschaften der Raum- und Zeitdimension um, aber daraus würde ich keine mystischen oder sonstigen Schlussfolgerungen über “Geist” ziehen.

  65. #65 Krypto
    13. Februar 2016

    @Alderamin:
    Ich könnte mir vorstellen, dass in der Rotationsebene noch eine deutliche, oszillierende Frequenzverschiebung “aufmoduliert” wird.

  66. #66 Huffduff
    13. Februar 2016

    @Krypto
    vielen Dank für die kurze Erklärung. So ganz verstehen tu ich das noch nicht. Die GW variieren den Laufwegs des Laserlichts in den einzelnen Armen des Detektors durch Kontraktion und Dehnung des Raums. Der Detektor wird also in eine Raumrichtung stärker deformiert als in die andere. Wenn ich jetzt den Detektor auf die von die erwähnte Flagge pappe, und dieser sich mit der Flagge wellt, dann ändert sich der Laufweg des Laserlichts ja nicht und der Detektor zeigt nicht an.

    Dementsprechend war meine Frage ob die Amplitude der GW (und die daraus resultierende Deformation) in der nähe der SL ausreichend groß ist um ein Raumschiff zu zerdrücken (ähnlich eines rohen Eis, das man zwischen zwei Fingern zerdrückt). Es kann natürlich sein, dass das eine falsche Schlussfolgerung aufgrund unpassender Analogievorstellungen der Raumkrümmung und meines sehr rudimentären Verständnisses der ART ist.

    Zu den Gezeitenkräften: Würden GW Gezeitenkräfte hervorrufen? Sie krümmen ja genauso wie massereiche Objekte die Raumzeit (mit dem Unterschied, dass die Krümmung und damit die Gezeitenkräfte der GW zeitlich variabel sind)?

    @MartinB #60
    Ich warte gespannt auf deine ausführlichere Erklärung.

  67. #67 Niels
    13. Februar 2016

    @MartinB

    Aber sicher. Sie tragen Energie, sonst könnten sie ja auch LIGO nicht verformen, und sie tragen auch Impuls.

    Sicher tragen sie Energie. Mit der Messung bei LIGO hat das meiner Ansicht nach aber nicht das Geringste zu tun.
    Um den berühmten Ring aus Testteilchen zu verformen, braucht man doch keine Energie. Und auch LIGO wird doch nicht tatsächlich verformt, sondern eben die Raumzeit, in der sich LIGO befindet. Eine zusätzliche Verformung LIGOs etwa durch Gezeiteneffekte spielt keine Rolle.
    Schließlich wird in der linearen Näherung, die wir betrachten, doch gerade vernachlässigt, dass die Welle selbst auch Energie und Impuls trägt, oder nicht?

    @Alderamin

    Sind die Gravitationswellen von so einem Merger kugelsymmetrisch? Oder eher wie bei einer Dipolwelle

    Gravitationsstrahlung hat mindestens Quadrupolcharakter, mit ner “Dipolwelle” wirds da nix.

    Zwei exakt gleich schwere nichtrotierende schwarze Löcher, die sich iumkreisen, bilden sogar einen perfekten gravitativen Quadrupol.

    Die Gravitationswellen des LIGO-Mergers werden aber nur nägerungsweise kugelsymmetrisch sein und genau betrachtet ziemlich kompliziert aussehen.
    Simulationsvideos zum Aussehen der Gravitationswellen des LIGO-Events findet man z.B. hier:
    https://www.black-holes.org/gw150914

    tritt die Verformung eines Interferometers in jeder Richtung zum Event in gleicher Weise auf, oder gibt’s eine Vorzugsrichtung, etwa in der Ebene, in der sich die beiden Schwarzen Löcher umkreisten?

    Es kommt vor allem auf die Lage der Arme im Vergleich zur Ausbreitungsrichtung der Welle an, die Raumkrümmung ist immer orthogonal dazu.
    Ideal ist natürlich, wenn beide Arme genau rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung stehen.

    @Huffduff

    Zu den Gezeitenkräften: Würden GW Gezeitenkräfte hervorrufen?

    Klar.

    Dein Problem beim Detektor verstehe ich nicht. Vielleicht macht es dieses Bild klarer?
    http://www.nature.com/nphoton/journal/v2/n10/images/nphoton.2008.186-f2.jpg
    PD ist der Photodetektor, dort wird gemessen, wie sich die Lichtlwellen überlagern.

  68. #68 MartinB
    13. Februar 2016

    @HuffDuff
    Gib mir noch etwas Zeit. Ich schreibe gerade an einem Text über die Kräfte bei einer GW und wie groß die sein müssten, um Materie nennenswert zu verformen (ich hoffe, ich bekomme das hin…) Wenn nicht heute, dann morgen.

    @Niels
    Hast recht, da hab ich falsch gedacht. Andere GW-Detektoren entziehen einer GW auch Energie (es gab ja Konzepte mit schwingenden Massen usw.), aber LIGO tut das ja nicht.

  69. #69 Alderamin
    13. Februar 2016

    @Niels

    Es kommt vor allem auf die Lage der Arme im Vergleich zur Ausbreitungsrichtung der Welle an, die Raumkrümmung ist immer orthogonal dazu.
    Ideal ist natürlich, wenn beide Arme genau rechtwinklig zur Ausbreitungsrichtung stehen.

    Das ist klar, gemeint war, ob die Ausschläge auch dann variieren, wenn man sich eine Kugelhülle um die Quelle denkt, auf in verschiedensten Richtungen Interferometer die Wellen messen, die alle auf der Kugelfläche liegen. Z.B. dass oberhalb der Ebene, in der die SLs kreisen, weniger Ausschlag entstünde, als in dieser Ebene.

  70. #70 Komplement
    13. Februar 2016

    Wie können die Forscher denn genau bestimmen, dass das eine Schwarze Loch die 29-fache und das andere die 36-fache Masse unserer Sonne hatte?

  71. #71 Krypto
    13. Februar 2016

    @Niels:
    Ist es nicht so, dass die Gezeitenkräfte von GW minimal sind?
    Auch in Nähe des Ursprungs und erst recht in Relation zu den Gezeitenkräften des SL?
    Bin auch auf Martins Berechnungen gespannt.
    Bisher dachte ich, dass GW an Raumkrümmungen streuen und Energie abgeben, worauf Lisa Pathfinder und E-Lisa aufbauen(auch wenn wiederum durch Interferometrie die Wirkung auf die Testmassen gemessen wird).

  72. #72 Niels
    13. Februar 2016

    @Krypto
    Doch, natürlich. Ich dachte bei der Frage ginge es ums Prinzipielle.
    Ich kann mir keine Situation vorstellen, in der GW-Gezeitenkräfte relevant wären.
    Dort, wie sie nicht völlig verschwinden, sind die Gezeitenkräfte durch die “Hintergrundraumzeit” so viel größer, dass man sie trotzdem nicht berücksichtigen muss.

  73. #73 MartinB
    13. Februar 2016

    @Komplement
    Dazu habe ich in dem neueren Artikel (über die Veröffentlichung im Detail) ein bisschen was geschrieben. Man kann eine Formel herleiten, die aus den gemessenen Frequenzen zumindest etwas über das Verhältnis der beiden Massen aussagt. Die nimmt man dann als Basis für numerische Simulationen, wo man die Parameter so lange variiert, bis das Ergsbnis möglichst dicht an den Messungen liegt.

    @Niels
    “ch kann mir keine Situation vorstellen, in der GW-Gezeitenkräfte relevant wären.”
    Hmm, aber wenn ein Stück Materie durch eine GW verformt wird, sind das dann nicht auch Gezeitenkräfte (weil unterschiedliche Enden zum Beispiel eines Metallzylinders unterschiedlich verformt werden)? Oder meinst du mit Gezeitenkräften was anderes als ich?

  74. #74 Niels
    13. Februar 2016

    @MartinB
    Klar, für bestimmte Arten von Gravitationswellendetektoren ist das natürlich absolut entscheidend.
    Ich meinte relevant auf makroskopischer Ebene, als so etwas wie “für einen Menschen spürbar”.

  75. #75 MartinB
    13. Februar 2016

    Nils
    Ja, ich habe vorhin versucht, mal auszurechnen, wie stark ne GW sein muss, um ne eisenstange zu verformen, ich hoffe, jch hab mich da nicht vertan. Poste ich wohl morgen.

  76. #76 JoJo
    13. Februar 2016

    Wikipedia zu Quellen von Gravitationswellen:

    1.) Kontinuierliche Gravitationswellen. Sie werden z.B. durch Neutronensterne verursacht. Bei konstanter Drehung verursachen sie eine in Frequenz und Amplitude konstante Gravitationswelle.

    Ich dachte dass solche Objekte keine Gravitationswellen erzeugen können? (Binäre Systeme wie umeinander kreisende Neutronensterne werden in einem anderen Punkt aufgelistet; der obige Punkt meint also einzelne, rotierende Objekte.)

  77. #77 Herr Senf
    13. Februar 2016

    Nachdem ich die Diskussionen in mehreren Foren verfolgt habe, kommt es bei mir zum Eindruck, daß Mißverständnisse entstehen könnten wegen der Nichtunterscheidung
    – gravitational waves (um die geht es) ein kurzer Wellenzug ca. 1 sec
    – und gravity waves als mitlaufende “Stoßfront” ca. 0,01 sec
    Die transversale Gravitationswelle hat eine Amplitude a 10^8 g
    Da das 0,01 sec dauert beträgt der sogenannte Ruck j = b/t = 1,4*10^11 m/s³,
    oder die erreichte Geschwindigkeit v =a*t = 14.000 km/s << LG

  78. #78 Herr Senf
    13. Februar 2016

    Nachdem ich die Diskussionen in mehreren Foren verfolgt habe, kommt es bei mir zum Eindruck, daß Mißverständnisse entstehen könnten wegen der Nichtunterscheidung
    – gravitational waves (um die geht es) ein kurzer Wellenzug ca. 1 sec
    – und gravity waves als mitlaufende “Stoßfront” ca. 0,01 sec
    Die transversale Gravitationswelle hat eine Amplitude a ~ Rs/D mit D Abstand.
    Für 60 Mo hatten wir einen Rs von 180 km, in 540 km ist a ~ 0,3 relativ.
    Das ist die Stauchung/Dehnung von 30 cm auf 1 m am inneren stabilen Rand der Akkretionsscheibe transversal zur Ausbreitung der Gravitationswelle.
    Aber im Merger werden abrupt 3 Mo in 0,01 sec zu Gravitationswellen.
    Damit ändert sich das Gravitationsfeld, es wird geringer, die “Schwerewelle der Verringerung” läuft parallel zur Gravitationswelle ebenso mit LG, wirkt aber longitudinal und fällt mit 1/D².
    Ganz einfache Abschätzung (ohne Integrieren) für die Schwerebeschleunigung b:
    Δb = G*3Mo/D² das werden bei 540 km satte 1,4*10^9 m/s² oder > 10^8 g
    Da das 0,01 sec dauert beträgt der sogenannte Ruck j = b/t = 1,4*10^11 m/s³,
    oder die erreichte Geschwindigkeit v =a*t = 14.000 km/s kleiner LG

  79. #79 Herr Senf
    13. Februar 2016

    Murks, ich hatte in #77 Kleinerzeichen, hat den Text rausgeschnitten.

    Deswegen jetzt noch ein kleiner Nachtrag zum Vergleich:
    In Sonnenentfernung 1 AE 150 Mio km kommen folgende Werte raus
    – für die abrupt verringerte Radialbeschleunigung Δb = 18*10^-3 m/s²
    – für den Ruck innerhalb 0,01 sec dann j = 1,8 m/s³ – sieht wenig aus.
    Für den Fahrkomfort in Zügen gilt ein Ruck von j = 0,5 m/s³ als tolerabel.
    Das war pi*Daumen für eine grobe Vorstellung, wenn nicht verrechnet.
    Jetzt könnte man checken, was davon in 1,3 Mrd LJ noch ankommt.

  80. #80 Ingo
    13. Februar 2016

    Irgendwie laesst mich die Geschichte mit der relativitaet der Wahrnehmung einer Gravitationswelle nicht los.

    Damit meine ich:

    – Befinde ich mich im Ruhesystem RS A, welches sich mit einen der schwarzen Locher (SL A) mitdreht, dann “sehe” ich die GW vom SL A nicht, da sich mein SL A nicht bewegt.
    Wohl aber sehe ich die GW vom SL B, da sich dieses (aus meiner Perspektive) um mich herum bewegt.

    – Befinde ich mich aber im Ruhesystem des gemeinsamen Schwerpunkts (RS GS), dann sehe ich zunaechst einmal zwei Wellen,- naemlich vom SL A und SL B.

    Ich vermute bis hierhin habe ich schon einen Denkfehler drin. Aber trotzdem weiter:

    1-> Wie passen die unterschiedlichen Interpretationen von RS A und RS GS zusammen?

    2-> Gibt es nun einzelne Wellen vom SL A und SL B,- oder darf ich nur die gemeinsam resultierende Welle des gesammten Systems betrachten? (warum?)

    3-> Kann ich mich eventuell auf den Standpunkt stellen, dass im RS A mein Universum schon nach der speziellen Relativitaetstheorie in Bewegungsrichtung gestaucht wird. Da in einer Kreisbewegung sich die Richtung staendig aendert (eben im Kreis) wird (aus der Perspektive des RS A) das gesammte Universum staendig in anderen Richtungen komprimiert,- quasie durchgewalkt.
    Sehe ich deswegen die Welle vom SL A nicht,- da meine Laengenkontraktionen nach der speziellen Relativitaetstheorie im Einklang mit der Gravitationswelle vom SL A ist ?
    (Sich sozusagen die GW vom SL A mit meiner durchgekneteten Weltsicht zu Nichts interferiert?)

  81. #81 Thomas Stör
    14. Februar 2016

    @JoJo zu #76: der gesamte Text in Wikipedia lautet korrekt:

    “Quellen intensiverer und damit nachweisbarer Gravitationswellen erwartet man bei Supernova-Explosionen sowie bei in geringem Abstand einander umkreisenden oder zusammenstoßenden Neutronensternen und/oder Schwarzen Löchern.

    Nach der Art ihrer Quelle werden Gravitationswellen 4 Kategorien zugeordnet.

    1. Kontinuierliche Gravitationswellen. Sie werden z.B. durch Neutronensterne verursacht. Bei konstanter Drehung verursachen sie eine in Frequenz und Amplitude konstante Gravitationswelle
    2. …”

    Es sind also immer Paare von Objekten gemeint. Ein isoliertes, sphärisch symmetrisches, rotierendes Objekt sendet keine Gravitationswellen aus.

  82. #82 Thomas Stör
    14. Februar 2016

    @Ingo zu #80: Es ist nicht so, dass ein einzelnes SL die GW aussenden würde; diese entstehen nur durch die Verzerrung der Raumzeit durch zwei SLs. Man darf die GW nicht einem SL zuordnen.

  83. #83 MartinB
    14. Februar 2016

    @HerrSenf
    Die Rechnung ist super, mir ist aber die Relevanz nicht klar. Wenn mich die GW trifft, dann werden doch alle Atome meines Körpers praktisch identisch beschleunigt, die absolute Änderung der Beschleunigung ist doch nichts, was ich direkt spüren kann, oder sehe ich das falsch? (Ich kann mich doch immer in ein lokal frei fallendes Bezugssystem denken, egal wie stark die Schwerkraftwelle ist?)

    @Ingo
    Vorrechnen kann ich es dir nicht, aber es wird da genauso eine Umrechnung geben wie in der E-Dynamik, wo die eine Beobachterin z.B. nur ein elektrisches Feld sieht, die andere auch ein magnetisches Feld. In diese Umrechnung geht natürlich auch die SRT ein. In der E-Dynamik rechnet man sowas am einfachsten mit Lienard-Wiechert-Potentialen, dazu wird es rechnerisch ne passende Entsprechung in der ART geben.

  84. #84 Krypto
    14. Februar 2016

    @Thomas:
    So ist es. Deshalb fiel die Amplitude nach dem Merger auch so schnell und es blieb nur ein minimales Signal, bis das Endobjekt zur Kerr-Lösung wurde.
    Ich glaube, aus dem abklingenden Signal hat man die Rotation von .67, also ca. 2/3 der Maximalrotation abgeleitet.
    Die von Dir unter 1. beschriebenen GW sind nur näherungsweise Frequenzkonstant, die Frequenz nimmt zu; dafür gab´s schon nen Nobelpreis.
    Cool finde ich auch, dass ein “Gebirge” von 1mm Höhe auf einem NS ausreichen könnte, um signifikante GW zu erzeugen.

    @Niels: Danke!

  85. #85 Niels
    14. Februar 2016

    @JoJo @Thomas Stör
    Das Zitat meint wirklich einzelne, rotierende Objekte.
    Neutonensterne sind eben nicht perfekt sphärisch symmetrisch, “Berge” und “Täler” oder eine Abplattung des ganzen Sterns erzeugen aufgrund der Rotation Gravitationswellen.

  86. #86 MartinB
    14. Februar 2016

    @Niels
    Ich hätte gedacht, die sind zu homogen. Ist ja irre.

  87. #87 Niels
    14. Februar 2016

    @MartinB
    Liegt wohl daran, dass die Dinger mit bis zu 1000 Hertz rotieren, da kommen schon ordentliche Oberflächengeschwindigkeiten zusammen.

    Nach kurzem googeln hab ich gefunden:
    Man beachte: Die Rotationsenergie eines solchen Neutronensterns ist etwa so groß wie die von unserer Sonne (L⊙ = 3,85·10^26J/s) im Laufe ihres Lebens (10^10 Jahre) abgestrahlte Energie!
    Quelle: Demtröder Experimentalphysik 4.

  88. #88 Huffduff
    14. Februar 2016

    @Niels #67
    meine Verwirrung hat sich inzwischen aufgelöst, nachdem ich verstanden habe wie die GW den Detektor verformen (mithilfe von diesem Text http://www.scilogs.de/relativ-einfach/gravitationswellendetektoren-wie-sie-funktionieren-gw-teil-2/, der quasi die gleiche Aussage wie das von dir verlinkte Bild hat)

    @MartinB
    vielen Dank für die Abschätzung zur Entfernung. Zeigt sie doch dass man tatsächlich sehr nahe an die Quelle sein muss bevor die GW zerstörerische Effekte haben (trotz der enormen freigesetzten Energie).

    Superwaffen auf Gravitationswellenbasis sind wohl zu energieintensiv für den praktischen Einsatz :)

  89. #89 MartinB
    14. Februar 2016

    @Niels
    Hmm, irgendwie bin ich gerade verwirrt.
    Wenn ein Stern zum Neutronenstern wird, dann behält er seinen Drehimpuls im wesentlichen bei, richtig?
    Weil L=I omega ist, wird die Umlauffrequenz entsprechend gigantisch.
    Aber die Rotationsenergie ist ja 1/2 I omega², wo kommt die Energie denn her? Aus der potentiellen Energie der einstürzenden Massen?

  90. […] auch wenn die Antwort drüben bei meiner Fragen-Seite zeigt, dass so starke Verzerrungen zumindest bei diesen beiden Schwarzen Löchern erst in […]

  91. #91 MartinB
    14. Februar 2016

    @HuffDuff
    Habe gerade einen neuen text zum Thema hochgeladen, vielleicht wird dann noch klarer, wie die Wechselwirkung GW-Materie geht.

  92. #92 Thomas Stör
    14. Februar 2016

    @Niels: Ich weiß, dass die Näherung nicht exakt ist, aber in niedrigster Ordnung resultieren Gravitationswellen aus einem zeitlich veränderlichen Quadrupolmoment (zweite Ableitung); das ist natürlich bei exakter sphärischer Geometrie nicht gegeben. Wenn also gemeint ist, dass Abweichungen von der sphärischen Symmetrie eine Quelle für Gravitationswellen darstellen, dann sollte das auch so im Wikipedia-Artikel drinstehen.

  93. #93 Niels
    14. Februar 2016

    @MartinB
    Ja.
    Der Drehimpuls bleibt im Wesentlichen erhalten, deswegen muss bei der Verkleinerung des Radius die Winkelgeschwindigkeit zunehmen.
    In Newton-Sprech kommt die Energie dann tatsächlich aus der potentiellen Energie.
    Wie man das in ART-Sprech formvollendet formuliert steh ich gerade ein bisschen auf dem Schlauch überlasse ich dir als Übungsaufgabe.

    @Thomas Stör
    Mit
    1. Kontinuierliche Gravitationswellen. Sie werden z.B. durch Neutronensterne verursacht. Bei konstanter Drehung verursachen sie eine in Frequenz und Amplitude konstante Gravitationswelle
    meint die Wiki aber eben genau Gravitationswellen aufgrund der Abweichungen von der sphärischen Symmetrie eines Neutronensterns.

    Die Wikipedia gibt doch ihre Quelle für diesen Satz an, nämlich
    Sources and Types of Gravitational Waves
    Dort findet man:

    Continuous gravitational waves are produced by a single spinning massive object, like an extremely dense star called a neutron star. Any bumps or imperfections in the spherical shape of this star will generate gravitational waves as the star spins. If the spin rate of the star stays constant, so too do the properties of the gravitational waves it emits. That is, the gravitational wave is continuously the same frequency and amplitude, hence, “Continuous Gravitational Wave”.

    Natürlich könnte das im deutschen Wiki-Artikel besser formuliert sein, keine Frage.
    Wenn man es sowieso schein weiß, ist natürlich klar, was gemeint ist. Aber das kann schließlich nicht der Sinn der Übung sein.

  94. #94 MartinB
    14. Februar 2016

    @Niels
    “überlasse ich dir als Übungsaufgabe.”
    😉

  95. #95 JoJo
    14. Februar 2016

    @Niels: Danke für die Erklärung. War mir dann schnell klar, dass ein Neutronenstern ja kein ideal symmetrisches Objekt ist – vor allem wenn sein Magnetfeld gegen die Rotationsachse geneigt ist.

    Die G-Wellen zweier kollidierender N-Sterne sind bestimmt nicht so “einfach” vorhersagbar wie die eines 2ary Black Hole Mergers; einerseits haben N-Sterne kein Ereignishorizont hinter dem sich was verstecken kann, und andererseits ist der innere Aufbau von N-Sternen unsicher und mangels Theorie keine Zustandsgleichung bekannt…

  96. #96 Artur57
    14. Februar 2016

    @Nils

    Neutonensterne sind eben nicht perfekt sphärisch symmetrisch, “Berge” und “Täler” oder eine Abplattung des ganzen Sterns erzeugen aufgrund der Rotation Gravitationswellen.

    Etwas OT: Könnte man so nicht auch die Pulsare erklären? Bislang geht man davon aus, dass diese ein Magnetfeld besitzen, das nicht parallel zur Achse ausgerichtet ist. Aber Magnetfelder entstehen ja durch rotierende Ladungen. Aber auf einem Neutronenstern, wo Elektronen und Protonen des Drucks wegen in Neutronen verwandelt wurden? Doch eher nicht.

    Wenn man stattdessen eine mechanische Unwucht annimmt, ist das schon plausibler. Hierbei gibt es eine statische Unwucht, die kann es beim Neutronenstern nicht geben, denn die Drehachse geht exakt durch den Schwerpunkt. Wohl aber eine dynamische Unwucht, die beim Reifen das Flattern bewirkt. Linke und rechte Reifenhälfte haben da für sich genommen eine statische Unwucht in einem Winkelabstand zueinander.

    Wenn es so wäre, dann ist der Neutronenstern als Ganzer geladen und das Magnetfeld ist exakt parallel zur Drehachse. Das Pulsieren kommt dann durch die Unwucht.

    Könnte das sein?

  97. #97 MoreInput
    14. Februar 2016

    Noch eine Frage: Wie lange haben sich denn die schwarzen Löcher vor dem Merger umkreist? Hier ging es bisher nur um die letzten Zehntelsekunden davor. Wie lang bräuchten sie zum Zusammenstoß, wenn sie ursprünglich (z.B.) 100 AE auseinander gewesen wären?

    Und wenn die SLs sich umkreisen, kommen die sich dann nur aufgrund der Abstrahlung von GWs näher? Einen Widerstand durch Reibung wie normale Materie dürfte den SLs wohl nichts ausmachen?

  98. #98 JoJo
    14. Februar 2016

    @MoreInput: Bei PSR B1913+16, also wo GW zum ersten mal indirekt nachgewiesen wurden, geht man davon aus, dass die beiden Komponenten in 3e8 Jahren kollidieren.

    Wikipedia hat Formeln für Leistungsabgabe, Radiusänderung und Lebensdauer solcher Systeme. Du brauchst also nur Massen und Abstand einsetzen und kannst es selber ausrechnen :-)

  99. #99 Robert
    Wien
    15. Februar 2016

    Ich hab da mal eine eher hypothetische Frage:

    Wenn es Raumschiffe mit Warpantrieb gäbe, müßte man den Flug eines solchen nicht auch im LIGO messen können?

  100. #100 MartinB
    15. Februar 2016

    @Robert
    Ich denke, die Antwort lautet “ja und nein”. Prinzipiell vermutlich schon, aber zum einen wird auch da die GW schwach sein, zum anderen ist das ja auch eine Frage der unglaublich komplizierten Signalanalyse – man muss das Signal ja auch als signifikant erkennen. Beim Zusamenprall der Schwarzen Löcher wusste man ja genau, wie es aussehen muss.

  101. #101 UMa
    15. Februar 2016

    @schlappohr #24: Zur Häufigkeit von solchen Verschmelzungen.
    Theorie bisher 0,1-300/Gpc³/yr
    Aus der bisherigen Nichtentdeckung mit LIGO kleiner als 420/Gpc³/yr
    Aus der Beobachtung von aLIGO für 16 Tage
    2-400/Gpc³/yr. Bei Zusatzannahmen auch geringer Bereiche.
    http://arxiv.org/abs/1602.03842
    Die nächsten Beobachtungen sollten das Ergebnis genauer machen.

  102. #102 UMa
    15. Februar 2016

    Ich möchte noch mal die Frage von Alderamin (#61,#69), die offenbar Missverstanden wurde präzisieren, da sie mich auch interessiert:

    Kann man (prinzipiell) die Inklination der Bahn des ursprünglichen Doppel-Schwarzen-Loches feststellen? Also unterscheidet sich die Gravitationswelle, ob man Senkrecht auf die Bahn oder auf die Kante sieht?

  103. #103 Krypto
    15. Februar 2016

    @Artur57:

    Aber Magnetfelder entstehen ja durch rotierende Ladungen. Aber auf einem Neutronenstern, wo Elektronen und Protonen des Drucks wegen in Neutronen verwandelt wurden? Doch eher nicht.

    Auf Otto-Normal-NS eher schon:
    Der hat eine Eisenkruste und evt. noch eine Atmosphäre.
    Wenn dann noch eine flotte, differenzielle Rotation hinzukommt, wäre es sogar ein Magnetar.

    Ich kann mir aber irgendwie nur schwer vorstellen, dass NS mit Unwuchten über nennenswert längere Zeit gleichförmige GW abstrahlen sollen.

  104. #104 MartinB
    15. Februar 2016

    @UMa
    Die Animationen legen das zumindest nahe. Im paper steht dazu nichts, soweit ich sehe.

  105. #105 JoJo
    15. Februar 2016

    @Niels

    Sicher tragen sie Energie. Mit der Messung bei LIGO hat das meiner Ansicht nach aber nicht das Geringste zu tun. Um den berühmten Ring aus Testteilchen zu verformen, braucht man doch keine Energie. Und auch LIGO wird doch nicht tatsächlich verformt, sondern eben die Raumzeit, in der sich LIGO befindet. Eine zusätzliche Verformung LIGOs etwa durch Gezeiteneffekte spielt keine Rolle.

    Wenn ich KipThorne recht verstehe, lässt sich die Detektion von G-Wellen in LIGO auf die Newton’sche Physik und Optik runterbrechen weil die reduzierte Wellenlänge der zu detektierenden G-Wellen kleiner ist als die Armlänge der Interferometer. M.a.W: Die Testmassen verändern den Abstand zueinander durch den Gezeiteneffekt, den die G-Welle auf das Interferometer aufprägt.

    Erst wenn die reduzierte Wellenlänge (λ/2π) nicht mehr klein gegen die Armlänge ist — wie z.B. für LISA geplant — taugt dieses einfache Newton’sche Bild nicht mehr und die G-Welle wird als Modulation der Metrik aufgefasst, wobei die Ortskoordinaten der Testmassen gleich bleiben. Das Licht durchläuft dann diese durch die Metrik modulierte Raumzeit und erfährt dadurch eine Phasenverschiebung (und auch zumindest temporäre Frequenzänderung, ähnlich von Licht das Richtung Sonne läuft und wieder zurück).

    Youtube: Lec 7 – Phys 237: Gravitational Waves with Kip Thorne

  106. #106 Krypto
    15. Februar 2016

    M.a.W: Die Testmassen verändern den Abstand zueinander durch den Gezeiteneffekt, den die G-Welle auf das Interferometer aufprägt.

    Ich glaube, die Testmassen sind nur für die Spiegelpositionierung bzw. Rauschunterdrückung.
    Insofern ist der Begriff “Testmasse” ein wenig irreführend, weil hier nicht das Experiment selbst, sondern ein störunterdrückendes Hilfssystem gemeint ist.

  107. #107 UMa
    16. Februar 2016

    @MartinB
    Eben, im Paper steht nichts zur Inklination.
    Deswegen vermute ich, dass die Welle, zumindest in großer Entfernung, kugelsymmetrisch ist und sich Inklination so nicht feststellen lässt. Einfach weil man näherungsweise aus der Amplitude die Entfernung bestimmt hat. Wäre die Amplitude und oder gar die Form der Welle abhängig von der Inklination, hätte man beide nur zusammen bestimmen können bzw. nur eine Entfernung abhängig von der unbekannten Inklination. Vermutlich sind die Animationen einfach nur zu niedrigdimensional.

  108. #108 MartinB
    16. Februar 2016

    @UMa
    Ja, wenn ich nochmal auf die Animationen schaue (besonders die letzzte), dann sieht das in großer Entfernung schon recht kugelsymmetrisch aus. Da war meine Intuition wohl auf dem Holzweg…

  109. #109 Niels
    17. Februar 2016

    @Artur57

    Das Pulsieren kommt dann durch die Unwucht.
    […]
    Könnte das sein?

    Keine Ahnung, da kenne ich mich mit Pulsaren bei weitem nicht gut genug aus.
    Die Forscher, die Neutronensternmodelle aufstellen und durchrechnen sind aber auch keine Idioten, deswegen wird die sonst übliche Erklärung mit allergrößter Wahrscheinlichkeit besser die Realität beschreiben.

    @JoJo

    M.a.W: Die Testmassen verändern den Abstand zueinander durch den Gezeiteneffekt, den die G-Welle auf das Interferometer aufprägt.

    Sorry, ich hab gerade keine Zeit, mir eine fast einstündige Vorlesung anzuschauen.

    Gezeiteneffekte sind aber Effekte, die darauf beruhen, dass in einem inhomogenen Gravitationsfeld Teilchen an unterschiedlichen Raumpunkten unterschiedlichen Geodäten (bzw. allgemeiner unterschiedlichen Raumzeitkurven gleich beschleunigten, nicht frei fallenden Körpern) durch die Raumzeit folgen. Die Kurven sind also nicht parallel.
    Bei einem ausdehnten Körper wird dies durch die den Körper zusammenhaltenden Bindungen verhindert, deswegen wirken Kräfte.

    Das hat mit Gravitationswelleninterferometern meiner Meinung nach überhaupt nichts zu tun.

    Wenn ich KipThorne recht verstehe, lässt sich die Detektion von G-Wellen in LIGO auf die Newton’sche Physik und Optik runterbrechen weil die reduzierte Wellenlänge der zu detektierenden G-Wellen kleiner ist als die Armlänge der Interferometer.
    […]
    Erst wenn die reduzierte Wellenlänge (λ/2π) nicht mehr klein gegen die Armlänge ist — wie z.B. für LISA geplant — taugt dieses einfache Newton’sche Bild nicht mehr und die G-Welle wird als Modulation der Metrik aufgefasst, wobei die Ortskoordinaten der Testmassen gleich bleiben. Das Licht durchläuft dann diese durch die Metrik modulierte Raumzeit und erfährt dadurch eine Phasenverschiebung (und auch zumindest temporäre Frequenzänderung, ähnlich von Licht das Richtung Sonne läuft und wieder zurück).

    Man muss die Gravitationswelle in jedem Fall als Fluktuation der Metrik auffassen. Wie erklärt man sonst, dass sich die Strecke, die das Licht zurücklegt, verändert?

    Der Unterschied zwischen LIGO und LISA ist folgender:

    Bei LIGO ist die Aufenthaltsdauer eines Photons zwischen Aussendung und Absorption im Detektor im Vergleich zur Frequenz der Gravitationswelle sehr klein.
    Man kann also annehmen, dass sich das Photon durch eine statische Raumzeit bewegt.
    Also man muss sich weder um eine Veränderung der Photonenfrequenz noch um eine Änderung des zurückzulegenden Weges Gedanken machen.
    Mit Zahlenbeispiel:
    Wenn Photon a zum Zeitpunkt A ausgesendet wird, liegen zwischen Emitter und Absorper 999 Wegeinheiten. Wird dieses Photon absorbiert, sind es immer noch 999 Wegeinheiten. Da hat sich nichts geändert, dazu ist die Frequenz der Gravitationswelle zu groß.
    Wenn Photon b zum späteren Zeitpunkt B ausgesendet wird, liegen zwischen Emitter und Absorper 1001 Wegeinheiten. Wird dieses Photon absorbiert, sind es immer noch 1001 Wegeinheiten, da hat sich wieder nichts geändert.

    Bei LISA ist die Aufenthaltsdauer eines Photons zwischen Aussendung und Absorption im Detektor nicht mehr klein im Verhältnis zur Frequenz der Gravitationswelle.
    Man kann also nicht mehr von einer statischen Raumzeit ausgehen sondern muss auch für ein einzelnes Photon berücksichtigen, dass die Metrik fluktuiert.
    Zahlenbeispiel:
    Das Photon braucht ungefähr 10 Millisekunden, um vom Emitter zum Absorper zu kommen.
    Wenn es ausgesendet wird, liegen zwischen Emitter und Absorper zum Beispiel gerade 100010 Wegeinheiten. Eine Millisekunde später sind es 100007 Wegeinheiten, noch eine Millisekunde später sind es 100000, eine weitere Millisekunde später 99993 Wegeinheiten, …

    Mit Gezeitenkräften hat das aber überhaupt nichts zu tun.

  110. #110 MartinB
    17. Februar 2016

    @Niels
    Sehr schön, nur ne kleine Korrektur:
    “Da hat sich nichts geändert, dazu ist die Frequenz der Gravitationswelle zu groß.”
    sollte “zu klein” heißen.

  111. #111 Alderamin
    17. Februar 2016

    @Niels

    Bei LISA ist die Aufenthaltsdauer eines Photons zwischen Aussendung und Absorption im Detektor nicht mehr klein im Verhältnis zur Frequenz der Gravitationswelle.

    Die Geräte haben ein ganz anderes Zielspektrum im Fokus. Mit eLISA wird man 10.000-fach längere Wellenlängen detektieren, bei 625-fach längerer Weglänge des Lichts (bei LIGO sind das 1600 km, der Strahl durchläuft die 4 km eines Arms 400-mal; ich hab’ nicht gefunden, dass er bei eLISA mehr als einmal den Abstand der Satelliten von ca. 1 Million km durchlaufen wird).

    Die Welle ändert sich bei eLISA mithin sogar 10.000/625 = 16 Mal langsamer während der Photonenlaufzeit im Vergleich zu LIGO.

  112. #112 Niels
    17. Februar 2016

    @MartinB
    Klar, danke.

    @Alderamin

    Die Welle ändert sich bei eLISA mithin sogar 10.000/625 = 16 Mal langsamer während der Photonenlaufzeit im Vergleich zu LIGO.

    Oh, das wusste ich nicht.
    Wellen mit geringerer Wellenlänge, für die das von mir Geschriebene gilt, muss eLISA aber doch ebenfalls detektieren?

  113. #113 Alderamin
    17. Februar 2016

    @Niels

    Schau mal die unter dem Wort “10.000-fach” verlinkte Grafik an. Bei ca. 1/10 Hz wäre das Verhältnis der Wellenlänge zur Lichtlaufstrecke ähnlich wie be LIGO, da ist eLISA noch recht empfindlich, bei höheren Frequenzen, wo die Wellenlänge wie von Dir beschrieben klein gegen die Entfernung wird, nimmt die Empfindlichkeit aber exponentiell ab.

    Prinzipiell kann die Situation zwar eintreten, aber eLISA ist halt für einen anderen Frequenzbereich ausgelegt, und da ist die Änderung der momentanen Wellenamplitude während der Lichtlaufzeit genau so klein wie bei LIGO oder sogar noch kleiner.

    Alternatives Beispiel: Beim Pulsartiming ist die Signallaufzeit auf jeden Fall sehr groß gegenüber der Wellenlänge.

  114. #114 Niels
    17. Februar 2016

    @Alderamin
    Danke, das war mir unbekannt.

  115. #115 Till
    18. Februar 2016

    @MartinB Ja, wenn ich nochmal auf die Animationen schaue (besonders die letzzte), dann sieht das in großer Entfernung schon recht kugelsymmetrisch aus. Da war meine Intuition wohl auf dem Holzweg

    für mich sieht das in der animation so aus als gäbe es bei Gravitationswellen ähnlich wie bei EM Wellen ein Nah- und ein Fernfeld. Das Nahfeld ist asymmetrisch, das Fernfeld ist Kugelsymmetrisch. Das würde den Holzweg erklären 😉

  116. #116 MartinB
    18. Februar 2016

    @till
    Ich glaube, der kam eger, weil ich an em-dipole gedacht habe…

  117. #117 Till
    18. Februar 2016

    @ Martin,

    bei einem em-dipol ist das Fernfeld doch auch Kugelsymmetrisch.

  118. #118 MartinB
    19. Februar 2016

    @Till
    Äh – nein? Die Abstrahlcharakteristik ist doch proportonal zu sin²theta und senkrecht zur Ebene wird exakt keine Strahlung ausgesandt oder stehe ich gerade auf’m Schlauch?

  119. #119 JoJo
    20. Februar 2016

    Versteh ich das richtig, dass es außer den transversalen GW, deren Amplitude mit 1/r geht, es auch longitudinale GW gibt, deren Amplitude wie 1/r^2 kleiner wird?

  120. #120 Siegfried
    21. Februar 2016

    Kreuzdipole strahlen rundum, jedoch unterschiedlich polarisiert. Formal lässt sich das Gravitationsfeld als komplexes elektrisches Feld darstellen: Gravitationswellen verhalten sich dann so wie em Wellen, jedoch stoßen sich komplexe Feldlinien nicht ab, es kann also sein, dass sich nur Stehwellenfelder entwickeln können.

  121. #121 MartinB
    21. Februar 2016

    @JoJo
    Ich denke, sowas gibt es nur im Nahfeld – oder sind das Oktopol-Wellen?

    @Siegfried
    Hab ich nicht verstanden – em-Wellen sind doch Dipolwellen, GW nicht. Wie genau stellt man ne GW als komplexe em-Welle dar? Und was meinst du mit “Feldlinien stoßen sich ab”?

  122. #122 JoJo
    21. Februar 2016

    @MartinB

    Ich denke, sowas gibt es nur im Nahfeld – oder sind das Oktopol-Wellen?

    Alles was ich dazu hab ist aus W: Petrov Classification:

    Type III regions are associated with a kind of longitudinal gravitational radiation. In such regions, the tidal forces have a shearing effect. This possibility is often neglected, in part because the gravitational radiation which arises in weak-field theory is type N, and in part because type III radiation decays like O(1/r²), which is faster than type N radiation.

    Type N regions are associated with transverse gravitational radiation, which is the type astronomers are trying to detect with LIGO. The quadruple principal null direction corresponds to the wave vector describing the direction of propagation of this radiation. It typically decays like O(1/r), so the long-range radiation field is type N.

    Andere Typen, für die Abstandsabhängigkeit angegeben sind, fallen mindestens mit O(1/r³) ab; von “Nahfeld” würd ich bei Typ III daher nicht sprechen auch wenn sie gegen Typ D – was Detektion angeht – keine Chance haben.

    Wie es zu Scherung bei Typ III kommt kann ich mir nicht vorstellen; hätte eher gedacht das macht Gezeiteneffekte in Richtung der Ausbreitung?

  123. #123 MartinB
    21. Februar 2016

    @JoJo
    ” This possibility is often neglected, in part because the gravitational radiation which arises in weak-field theory is type N”
    Das lese ich so, dass es diesen Typ nur gibt, wenn die Näherung schwacher Felder nicht gilt, d.h., es ist ein nichtlinearer Gravitationseffekt. Den kann es dann nur im Nahfeld und bei extrem großen Raumzeitverzerrungen geben. Wäre sicher nett zu sehen, ob so etwas direkt in der Nähe der kollabierenden SL vorkommt (sollte man aus der numerischen Lösung ja rausbekommen können).
    Die Wellen, die wir detektieren, sind Typ N, wenn ich es richtig verstehe, Typ D sind statische Felder bzw. Felder einzelner Massen, die aber keine GW sind.
    Auf jeden Fall danke für den Link, immer wenn man denkt, man hat einigermaßen Durchblick, entdeckt man wieder neue Sachen, die man auch noch lernen könnte…

  124. #124 Siegfried
    21. Februar 2016

    “Hab ich nicht verstanden – em-Wellen sind doch Dipolwellen, GW nicht. ”
    Es ist eher umgekehrt – jede schwere Masse ist Quelle und Senke der Anziehungskraft. Elektrische Ladungen können hingegen nicht nur als Dipole strahlen .

    “Wie genau stellt man ne GW als komplexe em-Welle dar?”
    Als statisches em Rauschen, welches jede schwere Masse umgibt.

    “Und was meinst du mit “Feldlinien stoßen sich ab”?”
    Feldlinien ungleichnamiger elektrischer Quellen ziehen einander an, gleichnamige stossen sich ab, … . Schwere Masse sind Quellen und Senken sich anziehender Feldlinien – es kann daher sein, dass sie abgestrahlte Feldlinien selbst wieder einfangen, so dass sich um schwere Massen nur stehende Wellenfelder entwickeln.

  125. #125 MartinB
    21. Februar 2016

    @Siegfried
    ” jede schwere Masse ist Quelle und Senke der Anziehungskraft.”
    Ja sicher, das gilt auch für Ladungen. Hat aber doch mit GW nichts zu tun, einzelne statische Massen strahlen keine GW ab.

    “Als statisches em Rauschen, welches jede schwere Masse umgibt.”
    Warum sollte eine – ungeladene – Masse ein em-Rauschen erzeugen?

    “Feldlinien ungleichnamiger elektrischer Quellen ziehen einander an, gleichnamige stossen sich ab”
    Nein. Ungleiche Ladungen ziehen sich an, gleichnamige Ladungen stoßen sich ab. feldlinien beeinflussen sich nicht – es gilt das Superpositionsprinzip, weil die Maxwellgleichungen linear sind. (Das ist in der ART anders, aber da gibt es ja keine ungleichnamigen Ladungen.)

    Ich habe nach wie vor keinen Schimmer, was du zu sagen versuchst oder wie du darauf kommst…

  126. #126 Siegfried
    21. Februar 2016

    MartinB, schreib mir mal per Mail, u. a. wegen der Feldlinien.

  127. #127 MartinB
    22. Februar 2016

    @Siegfried
    Ne, lass das mal hier in dem Kommentarspalten, dann haben alle was davon (und auch andere können antworten, ich habe ja nicht immer Zeit…)

  128. #128 ...
    22. Februar 2016

    Der Begriff Feldlinie bezieht sich im Kontext auf einen kraftfelderfüllten eindimensionalen Raumbereich worunter nicht die grafische Darstellung zu verstehen ist. (Oder: Jede Kraft wird über ein Feld vermittelt, der von mir verwendete Ausdruck Feldlinie meint also einen Teil dieses Feldes).

    Kreuzdipole bestehen aus je zwei orthogonal angeordneten Dipolen – das heißt, sie können sowohl wie gewöhnliche Dipole als auch wie rotierende elektrische Quellen strahlen.

    Gravitive Felder von Elektronen oder Protonen können überhaupt nicht gemessen werden (Grund sind Spiegelladungen). Gravitive Felder existieren nur als Quell-Senken-Paare.

    Denkpause für Leser

  129. #130 MartinB
    22. Februar 2016

    @…/Siegfried?
    Ach so, ne Privattheorie? Nein danke, kein Interesse. (Und was ne Feldlinie ist, scheint dir auch nichtklar zu sein.)

  130. […] Darstellungen dazu, wie Einstein auf die ART kam und welche neuen Effekte sich da ergeben (Gravitationswellen, Ausdehnung des Alls, Schwarze Löcher) gibt es ja ziemlich viele. Aber wie geht eigentlich der […]