Astronomen veröffentlichen ein Familienporträt eines Schwarzen Lochs

Sternenklare Oberfläche mit tiefen Vertiefungen, die jeweils mit einem schwarzen Kreis zentriert sind.

MehrereSchwarze Löcherim Herzen eines dichtenKugelsternhaufen, erzeugt durch aComputermodell. In den letzten Jahren wurde die Erkennung vonGravitationswellenhat die Fähigkeiten der Astronomen verbessert, Schwarze Löcher in mehreren Systemen zu verstehen. Bild über Aaron Geller/Nordwesten.


Nach mehreren Monaten der Analyse haben Wissenschaftler, die mit demLIGOundJungfrauKooperationen – zwei groß angelegte physikalische Experimente und Observatorien zum Nachweis kosmischerGravitationswellen– haben ihren zweiten Erkennungskatalog veröffentlicht. Der Katalog ist bekannt alsGWTC-2. Es enthält 39 neue Signale vonschwarzes LochoderNeutronensternKollisionen – mächtige kosmische Ereignisse, bei denen Gravitationswellen freigesetzt werden – wurden zwischen dem 1. April und dem 1. Oktober 2019 entdeckt. Die Signale mehr als verdreifachen die Anzahl der bestätigten Nachweise von Gravitationswellen, die ein brandneues Werkzeug für Astronomen darstellen: ein neuer Weg der das Universum erforschen. Wissenschaftler der Northwestern University in Evanston, Illinois, die an dieser Forschung beteiligt waren, bezeichneten die neu veröffentlichte Arbeit als „das bisher detaillierteste Familienporträt von Schwarzen Löchern“. Sie sagten, es biete neue Hinweise darauf, wie Schwarze Löcher entstehen, und bestätigten erneut Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie durch mehrere Tests.

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LIGO sagte in aStellungnahme:

Der neue [aktualisierte Katalog] enthält einige der interessantesten Systeme, die wir bisher gesehen haben, und ermöglicht qualitativ neue Studien astrophysikalischer Populationen und grundlegender Physik.

Die Wissenschaftler von Northwesterngenannt:

Die Beobachtungen könnten ein Schlüsselelement bei der Lösung der vielen Geheimnisse sein, wie genau Doppelsterne interagieren. Ein besseres Verständnis der Entwicklung von Doppelsternen hat Konsequenzen für die gesamte Astronomie, von Exoplaneten bis zur Galaxienentstehung.




Wissenschaftliche Details werden in einem Trio verwandter Veröffentlichungen berichtet, die am 28. Oktober um im Preprint verfügbar warenarXiv.org. Die Studien werden auch eingereicht beipeer-reviewedZeitschriften. Nachfolgend finden Sie Links zu den Preprints und Beschreibungen der Papiere.

Weiterlesen: Was sind Gravitationswellen?

Glatzköpfiger junger Mann mit Bart, der vor einem Bild einer Galaxie steht.

Astrophysiker Christopher Berry, viaNordwesten.

LIGObesteht aus zwei identischen, 4 Kilometer (2,5 Meilen) langenInterferometerin den Vereinigten Staaten und Virgo, ein 3 km (1,8 Meilen) langer Detektor in Italien. Die Instrumente können Gravitationswellensignale aus vielen Quellen erkennen, darunter kollidierende Schwarze Löcher und kollidierende Neutronensterne.


Die Papiere sind wie folgt zusammengefasst:

Was diese Wissenschaftler „das Bevölkerungspapier“ nennen, trägt den TitelPopulationseigenschaften kompakter Objekte aus dem zweiten LIGO-Virgo-Gravitationswellen-Transient-Katalog. Der NordwestenStellungnahmeerklärte das in diesem Papier:

… rekonstruierten die Forscher die Massen- und Spinverteilung der Schwarzen-Loch-Population und schätzten die Verschmelzungsrate für binäre Neutronensterne. Die Ergebnisse werden Wissenschaftlern helfen, die detaillierten astrophysikalischen Prozesse zu verstehen, die die Bildung dieser Systeme prägen. Dieses verbesserte Verständnis der Massenverteilung von Schwarzen Löchern und das Wissen, dass die Spins von Schwarzen Löchern falsch ausgerichtet sein können, deutet darauf hin, dass es mehrere Möglichkeiten für die Bildung von binären Schwarzen Löchern geben könnte.

Das „Katalogpapier“ trägt den TitelGWTC-2: Kompakte binäre Koaleszenzen, beobachtet von LIGO und Virgo während der ersten Hälfte des dritten Beobachtungslaufs. In der nordwestlichen Erklärung heißt es:


Das „Katalogpapier“ beschreibt die Entdeckungen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen aus [der ersten Hälfte des dritten Beobachtungslaufs] und erhöht die Gesamtzahl der Entdeckungskandidaten für diesen Zeitraum auf 39. Diese Zahl übertrifft die Entdeckungen aus den ersten beiden Beobachtungsläufen bei weitem … Zu den zuvor angekündigten Entdeckungen von [diesem Beobachtungslauf] gehören amysteriöses Objekt in der Massenlücke(GW190814) und dieerstes schwarzes Loch mit mittlerer Masse (GW190521).

Der Artikel, der sich mit Tests der allgemeinen Relativitätstheorie beschäftigt, trägt den TitelTests der Allgemeinen Relativitätstheorie mit binären Schwarzen Löchern aus dem zweiten LIGO-Virgo Gravitational-Wave Transient Catalog. Die nordwestliche Erklärung erklärte Folgendes:

… haben die Autoren Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie Einschränkungen auferlegt. Die Theorie wurde mit Bravour bestanden, und sie aktualisierten ihre besten Messungen zu möglichen Modifikationen.

Christopher Berryvon Northwestern ist aLIGO Wissenschaftliche ZusammenarbeitMitglied und Autor der Papiere. Er kommentierte:

Die Gravitationswellenastronomie ist revolutionär und enthüllt uns das verborgene Leben von Schwarzen Löchern und Neutronensternen. In nur fünf Jahren haben wir uns von der Existenz von binären Schwarzen Löchern zu einem Katalog von über 40 entwickelt. Der dritte Beobachtungslauf brachte mehr Entdeckungen als je zuvor. Wenn man sie mit früheren Entdeckungen kombiniert, ergibt sich ein schönes Bild der reichen Vielfalt an Binärdateien des Universums.

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Viele blaue und einige violette Punkte auf schwarzem Grund, nach Masse geordnet.

Der 2. Katalog der Gravitationswellenereignisse, GWTC-2, wurde am 28. Oktober 2020 veröffentlicht. Seit September 2015 haben LIGO und Virgo 50 Gravitationswellen nachgewiesen, darunter 39 neue Details im 2. Katalog. Diese Grafik veranschaulicht die aktuelle Gesamtzahl und Massen von LIGO/Virgo-Verschmelzungsereignissen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen (in Blau) im Vergleich zu bisher bekannten Schwarzen Löchern (in Violett). Fusionen werden durch Pfeile angezeigt, die 2 Vorläuferobjekte mit einem letzten zusammengeführten Objekt höherer Masse verbinden. Bild über LIGO-Virgo/Nordwesten/ Frank Elavsky & Aaron Geller.

Fazit: Wissenschaftler der LIGO- und Virgo-Kollaborationen – zwei groß angelegte physikalische Experimente und Observatorien zum Nachweis kosmischer Gravitationswellen – haben ihren zweiten Katalog von Nachweisen veröffentlicht. Der neue Katalog enthält 39 neue Signale von Kollisionen von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen.

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