So, jetzt muss aber auch mal was zum LIGO-Detektor gesagt werden. Das passiert in Abschnitt 3 – Detectors.
Eigentlich ne ziemlich ungewöhnliche Reihenfolge, normalerweise erklärt man erst, welche Messgeräte und Theorien man verwendet hat und dann, was rausgekommen ist, nicht umgekehrt. Wurde wohl extra so gemacht, damit das Entscheidende am Anfang kommt.
Detektoren haben was mit Experimentalphysik zu tun – igitt, das ist nicht so meine Welt. Aber schauen wir mal, was da so steht. Erstmal wird der Aufbau erklärt: Jeder Detektor hat zwei Arme von 4 Kilometern Länge. Lichtwellen werden jeweils an den Enden gespiegelt und dann überlagert. Sobald sich die Länge eines der Arme verändert, verändert sich das Lichtsignal. Es wird ein bisschen erklärt, wie die LIGO-Detektoren experimentell gegenüber handelsüblichen Interferometern (so heißen die Dingern, weil sie die Interferenz von Licht nutzen, also eben das Überlagern von Lichtwellen) aufgemotzt wurden. (Aber von so Dingen wie “partially transmissive power-recycling mirror” und “homodyne readout” verstehe ich nicht so viel, Optik kam bei mir im Studium nur sehr wenig dran….)
Trotzdem hier ein Bild des prinzipiellen Aufbaus:
Quelle: LIGO, s.u.
In groß seht ihr die beiden Arme des Detektors, wo das Laserlicht hin- und herläuft. Links oben seht ihr, wo die Detektoren in den USA stehen – sie sind 10ms Lichtlaufzeit auseinander, also ziemlich genau 3000 Kilometer. Und rechts oben seht ihr das gemessene Rauschen – die Signale, die kurz vor dem Ereignis am 15.9. gemessen wurden, aufgeschlüsselt nach Frequenzen. Deutlich zu sehen ist ein Peak bei 60Hz – das ist die Frequenz, bei der man in den USA Wechselstrom betreibt, irgendwo gibt es also dadurch ein Störsignal.
Die jeweils zwei Testmassen, die durch die GW gegeneinander bewegt werden sollen, sind so aufghängt, dass sie vollkommen frei schwingen können. Sie sind an einem Vierfach-Pendelsystem angebracht (ja, da hängt ein Pendel an einem Pendel an einem Pendel an einem Pendel, ein Bild dazu findet ihr z.B. hier (unten den link aufs pdf klicken)). Das Ganze ist das noch seismisch isoliert, und zwar aktiv. Das heißt wohl, dass jede Bodenerschütterung gemessen und dann durch eine passende Gegenbewegung ausgeglichen wird. Auch ganz schön trickreich…
Und naklar, alles findet im Vakuum statt, weil Luft die Lichtsignale stören würde (und wohl auch damit keine Luftmoleküle gegen die 40kg-Massen bollern, aber der andere Grund ist der, der im paper steht, danke Alderamin.).
Anschließend kommt dann ein kurzer Abschnitt, wie die Detektoren getestet wurden (zum Beispiel wurden diverse Störsignale auf die Detektoren geschickt, um zu sehen, ob sie dagegen empfindlich sind). Um die eigentliche Messapparatur gibt es dann jede Menge weiterer Detektoren, die Erschütterungen und andere Störungen messen sollen. (Für Details wird auf gesonderte Veröffentlichungen verwiesen.)
Und dann kommen die Messungen an die Reihe. Es wurde 16 Tage lang gemessen, zwischen dem 12.9. und 16.10. Das Ereignis (DAS Ereignis!) fand also ziemlich am Anfang der Messkampagne statt.
Es wurde gezielt zum einen nach Signalen gesucht, wie man sie hier auch gefunden hat, zum anderen aber auch nach generellen zeitabhängigen Signalen (die eben kein Rauschen sind). Dann wird erklärt, wie das Rauschen in den Detektoren im einzelnen abgeschätzt wird. Normalerweise achtet man ja auf Signale, die bei beiden Detektoren fast gleichzeitig auftreten. Um das Rauschen abzuschätzen, nimmt man einfach das Signal des einen Detektors und vergleicht es mit dem Signal des anderen zu einer deutlich anderen Zeit. Alles, was dann als Signal übrig bleibt, kann nur auf rauschen zurückzuführen sein, also kann man so abschätzen, wie groß das Rauschen ist.
Dann kommen die Ergebnisse der beiden Analysen (also einmal die Suche nach allgemein auffälligen Signalen, dann die nach Kollisionsereignissen). Auch das wird einigermaßen im Detail erklärt, aber entscheidend ist, dass es zwar – wen ich es richtig verstehe und das Bild richtig lese – einige Kandidaten-Ereignisse gab, aber keins davon wich deutlich genug vom Hintergrund ab, mit Ausnahme von GW150914 (so die Abkürzung für DAS Ereignis – einfach GW wie Gravitational Wave und dann das Datum).
Anschließend wurde in den Messdaten gezielt nach Ereignissen mit zunehmender Frequenz gesucht. Auch hier wurden wieder diverse Tricks angewandt, um abzuschätzen, wie wahrscheinlich falsch-positive Signale sind. Aus den Daten kann man ableiten, dass das gemessene Ereignis alle 203000 Jahre einmal durch Zufall stattfinden würde, bei 16 Tagen Messzeit ist die Wahrscheinlichkeit also entsprechend winzig.
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