Was sind Gravitationswellen?

Gravitationswellen sind Kräuselungen in der Geometrie der Raumzeit, die entstehen, wann immer Masse asymmetrisch beschleunigt wird. Sie dehnen und stauchen den Raum beim Durchlaufen, und ein verschmelzendes Paar Schwarzer Löcher ist die stärkste bekannte Quelle.

Was passiert, wenn zwei Schwarze Löcher verschmelzen?

Sie vereinigen sich zu einem einzigen, massereicheren rotierenden Schwarzen Loch. Wenige Prozent der Gesamtmasse werden in Sekundenbruchteilen direkt in Gravitationswellen umgewandelt, danach schwingt der Überrest zu einer glatten Endform aus.

Kann man eine Verschmelzung Schwarzer Löcher sehen?

Mit einem Teleskop nicht — die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher sendet praktisch kein Licht aus. Sie wird ausschließlich über die abgestrahlten Gravitationswellen nachgewiesen, weshalb LIGO und Virgo Interferometer sind und keine Teleskope.

Was ist ein Doppel-Schwarzes-Loch?

Q: Was ist ein Doppel-Schwarzes-Loch?

Es ist ein System aus zwei Schwarzen Löchern, die ihren gemeinsamen Schwerpunkt umkreisen. Die Bahn zerfällt, während das Paar Gravitationswellen abstrahlt, und endet in einer Verschmelzung zu einem einzigen größeren Schwarzen Loch.

Ein Doppel-Schwarzes-Loch besteht aus zwei einander umkreisenden Schwarzen Löchern. Das Paar strahlt Energie als Gravitationswellen ab — Kräuselungen der Raumzeit selbst —, was die Bahn leert, bis beide zusammenspiralen und verschmelzen. Das ist das Objekt, das LIGO 2015 hörte, und heute das Häufigste, was die Gravitationswellenastronomie nachweist.

Die finale Verschmelzung ist das gewaltsamste Ereignis im Universum seit dem Urknall, und fast niemand würde es bemerken. Als die beiden Schwarzen Löcher von GW150914 — 36 und 29 Sonnenmassen — sich vereinigten, wog der Überrest 62 Sonnenmassen. Drei ganze Sonnen waren in einem Fünftel einer Sekunde in reine Gravitationsstrahlung umgewandelt worden und strahlten kurzzeitig mehr Leistung ab als alle Sterne des beobachtbaren Universums zusammen. Licht wurde überhaupt keines ausgesandt. Das Einzige, was 1,3 Milliarden Jahre später die Erde erreichte, war eine Abstandsänderung zwischen Spiegeln von etwa einem Teil in 10^21 — ein Tausendstel Protonenbreite auf einem 4 km langen Arm.

Um das ehrlich zu zeichnen, muss der Integrator selbst geändert werden. Überall sonst in diesem Bereich fällt Licht auf ein einziges Zentrum mit erhaltenem Drehimpuls; hier ziehen zwei, und die Summe zweier Schwarzloch-Lösungen ist selbst keine Lösung der einsteinschen Gleichungen. Der Shader überlagert stattdessen die beiden Anziehungen, jede an ihrem eigenen Loch gemessen — exakt für ein Loch, treffend, solange das Paar gut getrennt ist, und ehrlich als Näherung ausgewiesen für die letzten Umläufe, wo nur volle numerische Relativitätstheorie genügt.

Was das einbringt, ist ein Bild, das nichts anderes erzeugt. Die beiden Schatten sind nicht zwei nebeneinandergesetzte Schwarze Löcher: Jedes krümmt das Licht des anderen, sodass ihre zugewandten Ränder sichtbar abgeflacht sind und jedes an seiner Außenflanke eine dünne Sichel trägt — ein um den Partner gelinstes Zweitbild seiner selbst. Dahinter wird die zirkumbinäre Scheibe bei etwa der doppelten Trennung auf Abstand gehalten — das Paar drehmomentet alles Nähere hinaus — und speist jedes Loch über Ströme, die den Hohlraum durchqueren. Das Hintergrundsternenfeld wird von den eigenen Gravitationswellen des Paares geschert, um rund zwanzig Größenordnungen übertrieben, damit es überhaupt sichtbar ist.