rc3 Vorspannmusik [Füller, bitte entfernen] Herald: Wir haben unseren allerletzten Astro-talk heute und nachdem wir jetzt relativ viel über Bilder hatten, machen wir das Ganze mit dem Universum erforschen heute mal anders und zwar über Sound und somit Gravitationswellen. Jemand der sich damit wirklich gut auskennt ist der Benjamin Knispel. Denn sein Lieblingsstelle sind Neutronensterne und er hat auch schon ein paar davon entdeckt und er hat auch im Bereich Pulsaren und Gravitationswellen geforscht. Ich würde sagen, du bist der, der bestenfalls sagen kann, wie man so was genau macht. Benjamin, wir sind mega gespannt. [Füller, bitte entfernen] Benjamin: Alles klar? Vielen Dank für die nette Einführung. Moin hier aus dem Norden von Hannover, wo ich euch einen Überblick geben will über Astronomie mit Gravitationswellen. Wer das Abstract gelesen hat weiß. Das ist ein ganz aktuelles Thema. Das ging so richtig vor ungefähr 6 Jahren los. Bis dahin hat man eben Astronomie nur mit, nur in Anführungszeichen, mit Teleskopen machen können. Das bedeutet, man hat ins Weltall geschaut, elektromagnetische Wellen aufgefangen, mit speziellen Observatorien Teilchen aufgefangen. Aber es war am Ende alles wie ein Stummfilm sozusagen. Und das was die Gravitationswellen jetzt machen, ist diesem Stummfilm in bestimmten Bereichen Sound hinzuzufügen oder aber auch uns Sound zu geben, wo wir gar nicht sehen können. Das, was man damit machen kann, das möchte ich jetzt ein bisschen erklären und näher bringen, wie unsere Instrumente funktionieren und was wir dann damit über das Universum lernen können. Wenn es um Gravitationswellen geht, werden sich wahrscheinlich viele erst mal die Frage stellen, ob Gravitationswellen vielleicht schon mal gehört. Aber was ist denn das genau? Und das ist natürlich ein entscheidender Punkt ist man das am Anfang richtig versteht. Grundsätzlich sind Gravitationswellen Schwingungen von Raum und Zeit und eine Konsequenz aus der Allgemeinen Relativitätstheorie. Und man kann Relativitätstheorie jetzt ganz kurz tatsächlich mit Lebensmitteln, mit einem Apfel und einem Wackelpudding hier erklären. Natürlich nur der grüne leckere Wackelpudding, die anderen sind ja nicht so gut. Und das, was wir aus Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, dass die von 1915 lernen, ist, dass Raum und Zeit sich ein bisschen wie dieser Wackelpudding verhalten, also Raum und Zeit, die man so im Alltag ja als statische Sachen erfährt, sozusagen. Der Raum scheint immer gleich zu sein, ist im großen Maßstab und auch wenn man ganz genau hinguckt, eben nicht so und das verrät uns Einstein 1915 mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, die sagt: Zum einen müssen wir Raum und Zeit gemeinsam betrachten zu einer vierdimensionalen Raumzeit, kann ich mir nicht vorstellen. Ist okay, wenn ihr euch das nicht vorstellen könnt. Aber man kann das in drei Dimensionen sich so ein bisschen wie so ein Wackelpudding vorstellen. Denn was Einstein sagt, ist Raum und Zeit. Oder diese Raumzeit, die verändert sich in der Anwesenheit von Massen. Unseren Wackelpudding ist das relativ offensichtlich. Wenn ich einen Apfel rein packe, verändert sich die Form, die Geometrie, dieses Wackelpudding rund um den Apfel. Und genau das ist das, was auch in Einsteins Relativitätstheorie passiert. Massen verändern Raum und Zeit um sich herum oder mathematisch physikalisch gesprochen. Sie verändern die Geometrie der Raumzeit. Das bedeutet, der Raum und die Zeit werden gekrümmt. In Wackelpudding ist das relativ offensichtlich, dass da irgendwas gekrümmt wird. Das, was wir als Konsequenz wahrnehmen, ist das, was wir bisher Schwerkraft genannt haben. Denn alles folgt immer dem kürzesten Weg in einer Raumzeit. Und wenn die Geometrie sich verändert hat, dann ist der kürzeste Weg ein anderer. Und Objekte beschreiben andere Wege, wenn Massen da sind, als wenn keine Massen da sind. Das ist einfach statisch. Schwerkraft bei Einstein ganz grob umrissen. Was aber auch noch rauskommt und das verrät uns Einstein, dann ist das, wenn Massen sich beschleunigt bewegen, also anfangen zu wackeln. Dass dann die Raumzeit selber auch wackeln kann, so wie dieser Wackelpudding das tut. Das bedeutet, wenn sich Massen beschleunigt bewegen, wie eben in dem Video der Apfel fängt die gesamte Raumzeit an zu schwingen. Diese Schwingungen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit als Wellen durch Raum und Zeit aus. Die nennen wir dann Gravitationswellen. Und diese Gravitationswellen bieten uns einen neuen Sinn zur Wahrnehmung des Universums. Die sind, wie wir dann sehen werden, so ein bisschen wie das Hören des Universums. So wie Schall Schwingungen in der Luft sind, sind Gravitationswellen Schwingungen von Raum und Zeit, ausgelöst durch sich beschleunigt bewegende Objekte. Das tun sie. Dieses Ausbreiten tun sie wie gesagt mit Lichtgeschwindigkeit. Und das Wichtigste ist, dass diese Schwingungen Raum und Zeit, das All im Grunde genommen fast ungehindert durchläuft und von allen massereichen Objekten erzeugt wird. Das bedeutet, wenn irgendeine Masse sich beschleunigt bewegt werden, gleich sehen. Das da reicht nicht jede kleine Masse aus, sondern die muss schon relativ groß sein, um etwas messbar zu erzeugen. Aber wenn sich diese Masse beschleunigt bewegt, erzeugt sie Fdiese Gravitationswellen, die Raum und Zeit in Schwingung versetzen. Und die kommen dann im Grunde genommen ungehindert alles durchlaufen bei uns an. Also wir können auch Gravitationswellen von unten durch die Erde wahrnehmen und müssen nicht wie mit einem Teleskop klaren Himmel haben. Es ist völlig egal, was dein Weg ist, nicht nur hier vor Ort, sondern auch im All. Und das bedeutet natürlich, wir können viel mehr wahrnehmen, wenn es denn Gravitationswellen erzeugt, weil es egal ist, ob da irgendetwas absorbierendes im Weg ist. Ich habe es schon gesagt, beschleunigte Massen. Es ist zwar im allgemeinen richtig, dass ich auch mit meiner Schütteln den Faust irgendwie Gravitationswellen theoretisch erzeugen kann, aber in der Praxis ausreichend starke Signale gibt es nur von schweren Dingen, die sich wirklich schnell bewegen. Deswegen ganz kurzer Überblick Was sind denn die Quellen von Gravitationswellen, die wir sehen und erwarten können? Das eine sind paar schwarze Löcher. Wer jetzt noch nicht weiß, was ein schwarzes Loch ist, ich sage da gleich was dazu. Am Ende ein sehr kompaktes, sehr kleines, massereichen Objekt. Und wenn wir zwei von denen haben, dann können die sich umkreisen und wenn sie sich umkreisen, beschleunigt, bewegen sich beschleunigt und erzeugen Gravitationswellen. Es kann auch ein paar von zwei Neutronenstern sein. Auch hier kommt gleich noch was in Neutronensterne. Andere kompakte Objekte. Diese Paare können sich auch umrunden. Dabei Gravitationswellen abgeben kann auch eine Kombination aus beiden geben ein schwarzes Loch und Neutronenstern, die einander umrunden. Auch das gibt Gravitationswellen. Alle diese drei in der oberen Zeile. Diese Arten von Gravitationswellen Quellen haben wir bereits beobachtet. Was wir uns noch erhoffen, sind einzelne Neutronensterne, die nicht ganz rund sind, aber um die eigene Achse rotieren. Oder aber explodierende Sterne, sogenannte Supernova Explosionen in unserer Galaxie. Das sind so Dinge, wo wir wissen, das gibt Gravitationswellen ab. Wir haben sie bisher nur noch nicht gesehen. Vielleicht weil die zu selten sind, als dass wir sie regelmäßig wahrnehmen können. Und dann gibt es ja noch die drei Fragezeichen. Es kann natürlich sein, dass es noch andere Quellen gibt, von denen wir bisher gar keine Ahnung haben. Und das wäre so das eigentlich richtig Coole, wenn wir irgendwann ein Signal sehen. Wir wissen Okay, das ist echt, das haben wir gesehen, aber keine Ahnung, was es ist. Das ist immer der Fall, wenn man Wissenschaft wirklich spannend wird. Jetzt, wie versprochen, kurz zu diesen Hauptakteuren die, die uns durch den Vortrag begleiten, also die Dinge, die wir gesehen haben. Das eine sind Neutronensterne, Neutronensterne und Schwarze Löcher entstehen in diesen eben schon erwähnten Sternexplosionen. Wenn Sterne, die schwerer sind als unsere Sonne, am Ende ihres Lebens in ihrem Kernbereich in sich zusammenbrechen, die bilden dann so einen schweren Kern aus Eisen aus. Und dieser Kern wird irgendwann so schwer, dass die Materie nicht mehr stabil aufrecht erhalten wird. Dann bricht die zusammen. Wenn es hinreichend leicht ist, kommt ein Neutronenstern raus. Den sieht man hier in der künstlerischen Darstellung. Dann ist diese blau weiße Kugel da, im echten Größenvergleich mit Hannover. Zum Glück ist da nicht echten Neutronenstern, denn wenn das der Fall wäre, dann wäre die Erde so nicht mehr da. Denn dieser kleine Neutronenstern, der ungefähr so groß ist wie Hannover, sieht man in Satellitenbild, ist ungefähr 1,5 mal so schwer wie unsere Sonne, manche auch zweimal so schwer. Also wirklich richtig viel Masse, aber auf sehr kleinem Raum, denn das Ding hat gerade mal 20 Kilometer Durchmesser. Bedeutet Die Dichte von diesen Neutronenstern ist im Grunde genommen die Dichte eines Atomkerne, dass Materie, in der der ganze Leerraum in den Atomen weggepackt ist, weg gequetscht ist sozusagen. Das passiert, wenn der Stern Kern zusammenbricht. Und einzelne von diesen Neutronenstern wissen wir, gibt es. Die drehen sich bis zu 700 Mal pro Sekunde. Das ist also deutlich schneller als der übliche Standmixer in der Küche. Deswegen, weil das so extreme Objekte sind, die zusätzlich auch noch krasse Magnetfelder haben, sind das so mit meine Lieblingsobjekte, meine Lieblingssterne, weil die eben Materie unter ganz extremen Bedingungen haben und dass unser Universum das Universum uns der Dinge liefert, die wir praktisch nicht im Labor erzeugen können. Wenn dieser Neutronenstern ist an sich stabil. Wenn jetzt aber noch mehr Materie wieder drauf fällt von dem zusammenbrechenden Stern, dann ist da auch nicht mehr genug. Sozusagen physikalischer Druck von innen ausbaubar, dass das ganze zu einem schwarzen Loch zusammenfällt und die Materie letztendlich der Relativitätstheorie nach auf einen unendlich kleinen Punkt zusammenschrumpft. Die so unendlich kleiner Punkt ist die Singularität in der Mitte dieses ganz einfachen Schwarzen Lochs, das ich jetzt hier nicht drehen soll. So ein schwarzes Loch hat wenig Eigenschaften, das hat die Masse in einem Punkt. Dann gibt es einen sogenannten Ereignishorizont. Das ist die Distanz, ab der ich nicht mehr entkommen kann, ab der ich im Prinzip schneller als mit Lichtgeschwindigkeit wegfliegen müsste. Den Ereignishorizont unterteilt das Universum in zwei Bereiche. Es gibt jenseits des Ereignishorizont aus unserer Sicht von außen und diesseits. Und sobald ich jenseits bin, komme ich nicht mehr raus. Deswegen Schwarzes Loch, weil alles, was da reinfällt, darin verschwindet. So ein schwarzes Loch hat im Prinzip eine Größe, die kann man mit diesen sogenannten Schwarzschild Radius angeben. Das ist eine von den zwei Formeln, die hier vorkommt. Da sind Konstanten drin. Dieses R der Schwarzschild Radius bestimmt sich letztendlich aus Gravitationskonstante. Das ist das große G der Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat unten und M mit der Masse des Schwarzen Lochs. Also je schwerer das schwarze Loch, desto größer. Schwarze Löcher sind aber extrem langweilig. Die haben genau drei Eigenschaften: Sie haben eine Masse. Ja, wenn ich die Masse kenne, dann weiß ich schon sehr viel über das schwarze Loch. Die haben einen Drehimpuls, was man als Spin bezeichnet. Also die können rotieren um die eigene Achse, weil die einfallende Materie auch rotieren kann. Und die haben theoretisch noch eine elektrische Ladung, die aber in der Natur nicht vorkommt, weil der Stern insgesamt zusammenbricht, elektrisch neutral ist. Das bedeutet, schwarze Löcher sind wirklich langweilige Dinge. Da brauche ich ein paar Zahlen, Masse und den Drehimpuls. Das sind drei Zahlen, wenn ich will. Um die Ausrichtung zu haben und dann kenne ich das schwarze Loch. Das wird, egal ob es ein schwarzes Loch einfalle, einfallen lasse, am Ende kommen gleich das ganze Ding durch ein paar Zeilen schreiben. Das sind die Objekte, die wir beobachten können und die wir mit Gravitationswellen dann, das erkläre ich gleich, noch auch ausmessen können und etwas über sie erfahren können. Das ist das Besondere, denn Schwarze Löcher sind schwarz. Kann ich nicht sehen. Das bedeutet, ich habe wenig Möglichkeiten, die zu beobachten, außer mit Gravitationswellen. Und die Neutronensterne sind, wie man gesehen haben, sehr, sehr klein. Und selbst wenn die heiß sind, leuchten die nicht besonders hell. Das bedeutet, ich sehe unter Umständen nicht sehr viele und kann die dann auch nicht genau erforschen in ihren einzelnen Eigenschaften der Materie. Das kann ich mit Gravitationswellen auch tun. Jetzt aber zurück zu den Gravitationswellen und unserem zitternden Wackelpudding. Wie messe ich das denn eigentlich? Was sind denn jetzt wirklich die Effekte? Offensichtlich ist die Raumzeit nicht Wackelpudding in Waldmeister Geschmack, sondern physikalische Eigenschaft, an der ich tatsächlich etwas festmachen kann. Da können wir uns übertrieben angucken, was Gravitationswellen machen. Stellen uns vor, wir sind irgendwo in der Schwerelosigkeit im freien Fall. Dann können wir aus kleinen Massen so ein Kreis vor uns setzen. Der schwebt dann, wenn wir nichts machen, idealerweise lange in dieser Kreisbahn vor sich hin. Wenn jetzt eine Gravitationswelle kommt und von hinten oder von vorne senkrecht durch diesen Ring läuft, also jetzt hier senkrecht aus dem Schirm oder einen Schirm rein, dann dehnt und staut diese Gravitationswellen den Raum senkrecht zu der Ausbreitung Richtung extrem übertrieben dargestellt, so wie man das hier sieht. Das bedeutet, der Raum wird immer in der Waagerechten zusammengedrückt und gleichzeitig in der Senkrechten gestreckt und in der nächsten halben Welle andersrum. Das ist der Effekt, den Gravitationswellen haben und das ist der messbare Effekt, den ich versuchen muss, irgendwie wahrzunehmen. Das sind Längenänderung. Es ist jetzt hier extrem übertrieben dargestellt. Wenn wir so durch geknetet werden würden, würden wir es ja merken. Grundsätzlich gilt: Diese Längenänderung, die wir messen, ist ein relativer Effekt, weil der Raum selber gedehnt und gestaucht wird. Bedeutet, wenn ich etwas größeres betrachte, dann wird natürlich auch die Längenänderung am Ende größer oder kleiner. Ich kann es immer in Prozent angeben, wobei sich herausstellt, dass Prozent oder Promille hier nicht eine gute Größenordnung, Einheit ist. Denn die relative Längenänderung bei den stärksten Gravitationswellen, die wir aus dem Weltall erwarten können, ist bei zehn hoch minus 21, also von einer Länge ein Tausendstel, davon ein Milliardstel und von diesen tausendsten Milliadstel noch mal Milliardstel. Klingt unvorstellbar klein, ist es auch. Bedeutet nämlich, dass die Bahn der Erde sich um den Durchmesser eines einzelnen Atoms ändert. Das ist die Bahn der Erde um die Sonne. Ich muss also im Prinzip, um Gravitationswellen zu messen, den Abstand zwischen Erde und Sonne auf ein Atom genau bestimmen, was offensichtlich nicht geht. Grundsätzlich, was da drin steckt in diesen Gravitationswellen, wenn man die ausrechnen will, konkret, dann ist das rechts. In dieser Formel sieht man eine zweite Zeitableitung. Das ist dieses D2 nach dem Quadrat. Das quadrat ist das Quadrat Pol. Moment der Massenfertigung. Davor stehen jede Menge Zahlen, Konstanten und das, was die Gravitationswellen am Ende so klein macht, ist dieses Eins durch Lichtgeschwindigkeit, eins durch C hoch vier. Was da steht das gleiche. Egal was ich rechts habe, ich kann das immer durch Lichtgeschwindigkeit hoch 4, da wird alles was da drin steht unglaublich klein. Und am Ende liegt es daran, dass ich das die Raumzeit, die ich versuche in Schwingung zu versetzen, dass die unglaublich steif ist, letztendlich mit unglaublich viel Energie reinkommen muss, damit tatsächlich sich da irgendwas bewegt. Und es ändert sich auch noch mit dem Abstand. Je weiter ich weg bin, desto schwächer ist es. Nichtsdestotrotz gibt es Instrumente, die können diese winzigen Längenänderung messen und das können wir uns hier einmal anschauen. Das sind sogenannte Laserinterferometer. Prinzip ist ganz einfach. Ich habe ein Laser und strahle von dem Licht auf einen Strahlteiler. Das wird jetzt in zwei sogenannte Arme aufgeteilt, durchläuft lange Strecken, wird dort zurück reflektiert, trifft sich wieder am Strahlteiler und wird dort überlagert. Und je nachdem, wie diese beiden Wellen zusammenkommen, heben sie sich entweder jetzt perfekt auf ihre elektrischen Felder und es kommt kein Licht heraus. Wenn jetzt aber eine Gravitationswelle kommt, führt die eben zu einem Dehnen und Stauchen der Arme, genau so wie ich das gezeigt habe. Und hier in der vereinfachten Version ist es dargestellt, als würden sich die Spiegel bewegen. Und das hat zur Folge, dass sie am Ausgang des Detektors die Wellen zueinander verschieben und die Helligkeit sich ändert. Das bedeutet so ein Laser- Interferometer übersetzt mir Gravitationswellen in Helligkeitsänderung, die ich elektronisch aufzeichnen kann, beispielsweise. Von diesen Laserinterferometer gibt es derzeit auf der Welt 5 Stück, die im Prinzip in Betrieb sind. Hier sieht man Bilder von 4. Es gibt noch einen unterirdischen Detektor Kagra, von dem man ganz offensichtlich kein so einfaches Bild zeigen kann. Die haben alle im Prinzip denselben Aufbau. Das ist so ein großes L in der Landschaft, das eben diese Laserlaufstrecken, die ich eben gezeigt habe, beherbergt. Das uns nächstgelegene sozusagen ist. Also ich weiß es nicht, wo ihr alle sitzt, aber wenn man in Deutschland ist, das nächstgelegene ist in der Regel GEO 600, das ist das von unserem Institut zusammen mit britischen Partnern betriebene Gravitationswellen Observatorium südlich von Hannover. Da ist der Fokus auf Technologieentwicklung, weil es immer der kleinste Detektor von allen gewesen ist, denn da sind die Strecken nur 1,2 km lang. Der nächst größere Detektor Kagra befindet sich in der Nähe von Pisa in Italien. Da sind das 3 km lange Läsermessstrecken und ihr erinnert euch, je größer desto empfindlicher kann ich messen, weil meine Längenänderung am Ende größer wird. Kagra hat auch 3 km lange mehr Strecken. Das befindet sich in Japan und die beiden größten Detektoren sind die Lagendetektoren in Herford und in Livingston, die 4 km lange Lasern messstrecken. Um kurz eine Idee davon zu geben, was die messen müssen. Die relative Längenänderung wir erinnern uns, ist maximal 10 noch mehr als 23 schwächer geht immer, wenn es geringere Massen sind, wenn es weiter weg ist, oder? Jetzt habe ich eine 1000 grob 1000 Meter lange Strecke. Das bedeutet absolute Längenänderung ist 10 hoch minus 18 Meter. Das ist der tausendste Teil eines Atomkerndurchmessers. ganz grob. Würde ich muss so winzige Änderung messen, aber mit diversen technischen Kniffen, die man sich nicht alle angucken wollen, können wir gerne in den Fragen darauf eingehen oder eine extended Session am Ende haben. Die erreicht man eine noch viel höhere Messgenauigkeit und kann es tatsächlich nachweisen. Am Ende sind diese Detektoren empfindlich für Gravitationswellen mit Frequenzen im Audio Bereich. Das bedeutet aber, wenn ich Schwingungen der Raumzeit im Audio Bereich messen kann, dann kann ich natürlich das ganze als Mikrofon für Gravitationswellen betrachten. Das bedeutet, ich kann dann eben wirklich Dinge hören, die im Weltall passieren und im wahrsten Sinne des Wortes das blöde. Ich kann das Ausgangssignal im Prinzip wirklich irgendwo drauflegen und anhören, was dann dabei rauskommt. Diese Detektoren lauschen ins All. Sie tun das auch sehr empfindlich. Hier ist nur ein Beispiel. Das was man hier sieht, sind Spectra, das Hintergrundrauschen, das in diesen Detektoren anliegt und zwar in der letzten gemeinsamen großen Messkampagne, die 2020 dann auch durch die Pandemie vorzeitig beendet wurde. Was man sieht hier auf der Querachse ist die Frequenz der Gravitationswellen, die man versucht zu messen. In der logarithmischen Skala links 10 Hertz, rechts 6 kHz, glaube ich. Das bedeutet ist so ein guter Teil des Audio Spektrums. Man sieht verschiedenfarbige Kurven für jeden Detektor einen. Wir gucken uns einfach die blaue und die rote an, weil das die am weitesten unten liegende sind. Und auf der hoch Achse sieht man die Empfindlichkeit verglichen mit einer Gravitationswelle, einer bestimmten Stärke sozusagen. Je tiefer diese Kurven liegen, desto geringer ist das Hintergrundrauschen. Das kommt aus fundamentalen physikalischen Instrumenten Quellen und das Ziel ist es am Ende diese Empfindlichkeit Kurve so weit runter zu drücken, dass sich mehr Gravitationswellen messen kann. Und die beiden am tiefsten liegenden sind die von den beiden größten Detektoren von den gleichen Livingston, die rot und die blaue Kurve und die stärksten Gravitationswellen, die wir erwarten können, die wären so ganz grob auf der Höhe dieser grünen Quer Linie bei diesen zehn hoch minus 21 und die Frequenzen sind typischerweise so im mittleren Frequenzbereich, also irgendwas zwischen 100 und 1000 Hertz. Und da sieht man zwischen einem Signal, das diese Stärke hat und dem Rauschen darunter ist, ein deutlicher Abstand. Das bedeutet das Signal zu Rausch, Verhältnis oder Signal- Rausch Abstand ist bei den Längendetektoren so hoch, dass man diese Signale auf jeden Fall sehr, sehr laut sozusagen messen kann. Und das tun wir. Üblicherweise so, dass mehrere Messkampagnen hintereinander, die teilweise von Umbau, Pausen, kurzen Pausen, aber wie auch jetzt gerade jahrelangen Umbau Pausen unterbrochen werden, in denen man die Detektoren verbessert. Und wir haben gemessen, das erste Mal 2015 begonnen, seit dem 3. Märzkampagnen gemacht. Der letzte, wie gesagt, war im März 2020 zu Ende und wir haben vieles gemessen. Ich zeige das jetzt einmal im Überblick und dann gucken wir uns ein paar Highlights an und beantworte die Frage: Was haben wir denn bisher entdeckt und was haben wir daraus gelernt? Das hier ist dieses Maßes Mistella Gracefeld, in das der LKW fährt, ist sozusagen der Überblick aller verstorbenen Sterne, deren Überreste wir gesehen haben. Man sieht vor allem erstmal viele blaue Kugeln. Diese blauen Kugeln stellen jeweils die von LIGO, Würge und Khadra gemessenen schwarzen Löcher dar. Die Höhe über der Querachse zeigt einfach an, wie schwer sie sind. Und man sieht es. Da gibt es einige, die sind deutlich über 100 Sonnenmassen schwer. Das schwerste, das in der Mitte sich hier befindet. Da kann man sehen, dass es ungefähr 100 Sonnenmassen schwer und dann gibt es da drunter noch einen Punkt, der auf einem Pfeil liegt. Das ist so um die 80, ich glaube 60 60 Sonnenmassen schwer. Also was das? Zwei Schwarze Löcher. Die umrunden einander, berühren sich irgendwann, verschmelzen zu einem neuen schwarzen Loch und das ist da dort dargestellt. Ich gehe einmal kurz hier rüber in das Fenster. Das ist also hier in der Mitte dieser dieser, dieses schwarze Loch bei 60 Sonnenmassen, da drüber als knappe 100 Sonnenmassen. Und die verschmelzen dann zu einem von 160 Sonnenmassen ungefähr. Und das ist so ein typisches Signal, was wir sehen. Und von diesem Verschmelzen mit Schwarzen Löchern haben wir 90 Stück gesehen. Dass das bedeutet haben eben viele verschmelzen schwarze Löcher gesehen, das ist das das Haupt, die Hauobjekte, die wir entdecken. Dann sieht man unten noch orange Kugel, die bei niedrigeren Massen sich befinden. Das sind diese sogenannten Neutronensterne, die alle eben so maximal 2 Sonnenmassen schwer sind. Da sieht man auch 2 Verschmelzung von Neutronenstern mit Neutronenstern zu. Wir wissen es nicht genau, wahrscheinlich schwarzen Löchern und es gibt auch ein paar Objekte, wo eben diese Kombination von schwarzem Loch und Neutronenstern zusammenkommt. Die roten und die gelben Punkte sind vorher bekannte Schwarze Löcher und Neutronensterne aus anderen indirekten Beobachtungen im Fall der Schwarzen Löcher. Aus all diesen Beobachtung können wir jetzt schließen, dass sie nur ganz kurz bevor Sie vielleicht an Highlights angucken wollen. Das eine, was wir gelernt haben, ist Einstein hatte auch mal Unrecht. Einstein hat nämlich zeit seines Lebens bezweifelt, dass diese Lösung seine Allgemeine Relativitätstheorie, die Schwarze Löcher sind, in der Natur existieren wird. Das kann nicht sein. Es entsteht nicht durch Papers geschrieben und argumentiert. Die Natur wird so die Entstehung von diesen Objekten nicht erlauben. Jetzt sehen wir Dinge, die sich so verhalten wie schwarze Löcher, also Datum Unrecht gehabt. Er hat natürlich wieder recht gehabt, weil seine Relativitätstheorie die Gravitationswellen beschreibt. Also wir wissen, dass die Gravitationswellen sehr exakt von seiner Theorie beschrieben werden, was wieder so ein bisschen langweilig ist, weil man sich erhofft hatte, vielleicht irgendwo Ansätze zu finden, wo die Relativitätstheorie da nicht stimmt, weil wir wissen, es ist nicht der Weisheit letzter Schluss. Wir können die Eigenschaften Schwarzer Löcher direkt messen, zum Beispiel ihre Massen, aber auch ihre Spins in einigen Fällen und können uns einen Überblick verschaffen darüber. Zum Beispiel, wie sieht denn die typische Population von Verschmelzen Schwarzen Löchern aus? Wie schwer sind die? Wie schnell drehen sie sich umeinander, welche Massenverhältnisse gibt es dann usw.. Und das sind so die groben Dinge, die man aus der ganzen Populationsgeschichte machen kann. Wie das im Typischen funktioniert, will ich ein paar Beispiele zeigen. Signale haben bei uns immer ein relativ unspektakulär Namen, die heißen an so was wie GW150914, das ist einfach die Gravitationswelle oder eben Gravitation Wave aus dem Jahr 2015. Die ersten beiden Ziffern dem neunten Monat und dem 14. Tag, also die Gravitationswelle, die man am 14. 9. 2015 gemessen hat. Das war auch das allererste Signal, das man gesehen hat und das, was die Detektoren dann tatsächlich messen, das sind hier nur ganz wenig bearbeitete Rohdaten. Das kann man hier sehen. Das sind beides Zeitreihen, die jeweils ungefähr 0,2 Sekunden der Daten zeigen. Links in Rot, die Daten von dem einen, LIGO Detektoren rechts in Blau, die Daten von dem anderen LIGO Detektoren. Die Hochachse zeigt hier die Stärke der Gravitationswellen in Einheiten von diesen zehn auch minus 21 und wir können bei der roten Kurve das angucken. Die fängt so bei 0,3 Sekunden. Ungefähr sieht man, dass sich das so langsam so eine Welle aufbaut. Und diese Welle wird in der Amplitude höher und in der Frequenz höher bis zu ungefähr 0,43 Sekunden, dann hört es auf. Wenn man sich das anhört, ist das so eine macht einen "uap" laut. Und dieses typische Geräusch, das ist das, was man Verschmelzen von Objekten bekommt. Die Objekte umrunden einander, geben Gravitationswellen ab, kommen einander immer näher und näher, umrunden einander immer schneller. Die Beschleunigung wird größer, die Gravitationswelle wird lauter und irgendwann berühren die sich und verschmelzen zu einem neuen Objekt, das alleine keine Gravitationswellen abgibt. Das Signal hört auf. Wenn man mit beiden Detektoren identisch sieht und das zeigt die blaue Messung sozusagen von dem anderen Detektor rechts daneben. Das rote ist noch mal ein bisschen gespiegelt, seitlich verschoben, drunter gelegt. Dann weiß man Okay, das ist wahrscheinlich echt. Das wird statistisch ausgewertet, inwieweit das tatsächlich zusammenhängt. Am Ende kann man aus dieser Form der Welle dann schließen, was da passiert ist. Und zwar in diesem Fall weiß man, dass da zwei Schwarze Löcher mit circa jeweils 30 Sonnenmassen verschmolzen sind. Das kann man auch demonstrieren. Da gibt es von LIGO so nette Online-Tools, wo man das ausprobieren kann, wie zum Beispiel Wellen, wie zum Beispiel die Massen und die Empfindlichkeit sich auswirken und an der URL, die ich unten eingeblendet habe, kann man sich dann so ein Film angucken, wo man die Daten, das ist das Blaue mit einer aus der Allgemeinen Relativitätstheorie berechneten Wellenform vergleichen kann und kann jetzt an diesen Reglern hier rumspielen, einmal links die Gesamtmasse und rechts die Entfernung, bis man meint, man hat eine gute Übereinstimmung gefunden zwischen diesen beiden Größen, also zwischen der beide, zwischen den beiden Kurven, die man dort sehen kann. Und da kann man es eben so einstellen. Dann kommt man auf das, was ich ihm gesagt habe. Gesamtmasse so um 64 Sonnenmassen ungefähr. Empfindlichkeit kann man so auf ungefähr 1,3 Milliarden Lichtjahre. Dann bekommt man eine relativ gute Übereinstimmung zwischen den beiden Kurven, die natürlich noch das Detektoren schnell drauf haben und dem eigentlichen und dem, also zwischen der theoretischen Kurve und dem gemessenen Signal. Und so kann man ganz grob Eigenschaften messen. Der Spin würde die Form dann noch mal anders verändern und so weiter. Man könnte jetzt den Eindruck bekommen, dass da irgendwie nicht viel passiert, weil dieses Signal so unvorstellbar kleines ist, 10 hoch minus 21 das bedeutet haben wirklich gemessen, wie sich um den 1000 Atomkern Durchmesser was bewegt hat in den Detektoren. Man kann sich aber angucken, was da Energie in der Energie drinsteckt. Und dazu kann man sich angucken aus dem Paper, was ist die Masse des ersten Schwarzen Lochs, was die Masse des zweiten, zweiten Schwarzen Lochs und was unter Annahme, dass die Relativitätstheorie stimmt, ist die Masse des entstandenen Final Black oder so entstandenen Schwarzen Lochs. Sieht man, da fehlen scheinbar drei Sonnenmassen. Diese drei Sonnenmassen fehlen natürlich nicht, die sind in Energie als Gravitationswellen abgegeben worden. Das bedeutet aber, diese drei Sonnenmassen werden mit E gleich M mal C Quadrat komplett in Gravitationswellen umgewandelt. Das erfolgt im Wesentlichen in den letzten 0,2 Sekunden und das temporäre der Vorgang mit der größten Leuchtkraft. Man sieht ja nichts im gesamten Universum. Die Leistung ist in der Spitze 50 mal so hoch wie alle Sterne des Universums, gleichzeitig aber eben vollkommen unsichtbar. Wir können es nur mithilfe unserer Detektoren tatsächlich dann wahrnehmen. Man kann auch bestimmen, woher das Ganze kam, weil wir zwei Detektoren mindestens haben. Das ist dann so, wie wir mit unseren Ohren wahrnehmen können, von woher etwas kommt, kann man es bei den Detektoren auch machen. Eine andere spannende Frage, auf die man neue Antworten bekommen hat mit Gravitationswellen ist die, nach dem Ursprung des Goldes im Universum. Also Gold spielt auf der Erde kulturell und wirtschaftlich immer noch eine Rolle und man hat schon lange die Vermutung gehabt, dass, Elemente wie Gold und Platin hier einmal umrundet, im Wesentlichen einen Ursprung haben in verschmelzen Neutronenstern. Sie ist einfach das Periodensystem der Elemente und wo die herkommen. Kurz nach dem Urknall gab es nur diese bläulichen Dinge als im Wesentlichen Wasserstoff, Helium und kleines bisschen Lithium. Sterne wie unsere Sonne die Massen haben Sterne können dieses hellgelb erzeugen, dass es diese kleine Ecke unten bei Platin und Gold, die man jetzt sieht. Aber der allergrößte Teil von den schweren Elementen kommt tatsächlich aus den Verschmelzen und Neutronenstern. Das ist dieses Dunkel Orange. Und das war bisher eine Theorie. Das kann man aber dann verifizieren, indem man sich eben verschmelzen, Neutronensterne anguckt. Verschmelzene Neutronensterne tun mehrere Dinge. Die geben zum einen zuallererst Gravitationswellen ab, dann verschmelzen sie. Sie geben ein Gammastrahlen Blitz ab. Das ist das Violette. Dann entsteht eine Explosionswolke, das ist dieses Bläuliche, das jetzt langsam abkühlt aufgrund des radioaktiven Zerfalls. Und wenn man noch ein bisschen wartet, kann man auch noch nach Leuchten sehen, wenn dieses Schloss entsteht, mit dem Gas zwischen den Sternen zusammenstößt. Wenn man so etwas jetzt in allen Details beobachten könnte, dann könnte man ja sehen, ob es tatsächlich entsprechende Entstehung von schweren Elementen gibt. Und genau das kann man tun. Und genau das ist gelungen. Man hat nämlich ein Gravitationswellensignal gehabt am 17. 8. 2017 beobachtet von den LIGO Detektoren und dem Virgo Detektor, wo man zum einen erst mal Gravitationswellen gefunden hat, die eindeutig sagen da verschmelzen zwei Neutronensterne. Spannend ist jetzt, gibt es dazu passende Gammastrahlenblitz und das ganze sieht man tatsächlich in dieser Darstellung. Die Verschmelzung der Neutronensterne erfolgt jetzt und 1,7 Sekunden später gibt es eine Nachweis von Gammastrahl von einem Satelliten namens Fermi, der die Erde umrundet. Das könnte jetzt erst mal zufälliger Zusammenhang sein, aber man kann eine himmlische Schatzkarte malen, die ungefähr so aussieht. Diese Kugel, die man sieht, ist aus irdischer Sicht werden in der Mitte dieser Kugel und das Außenrum wäre der gesamte Himmel sozusagen. Aus den LIGO und Virgo Daten kommt heraus, dass es diese kleine dunkelgrüne Gurke, die mit LIGO Virgo markiert ist. Innerhalb dieses Bereichs sind irgendwo die Neutronensterne verschmolzen, zumindest die, die wir mit Gravitationswellen gemessen haben. Der die Fermi Beobachtung die eines anderen Gammastrahlen Satelliten ist dieser Bereich, wo sich die beiden hellblauen und dunkelblauen Bereiche überschneiden, der auch perfekt überlappt mit dem Gravitationswellen Bereich. Das Beispiel der Gammastrahlen Blitz kam mit sehr sehr großer Wahrscheinlichkeit tatsächlich von dieser Neutronenstern Verschmelzung. Diese leichte Verzögerung, die man gesehen hat, liegt nicht daran, dass die Gravitationswellen überlichtschnelle sind, sondern dass in dieser Explosion, die da entsteht es einen Moment dauert, bis die Gammastrahlen durchbrechen. Was man jetzt machen kann man kann die Entfernung Messung der Gravitationswellen kommt raus so ungefähr 130 Millionen Lichtjahre in dem Fall verwenden und nach Galaxien suchen und gucken, ob da irgendwo ein neuer Stern aufgetaucht ist, nämlich diese Explosion Wolke. Das gelingt ungefähr elf Stunden später. Das sieht man rechts in diesem Negativbild. Neben einer Galaxie, die ungefähr 130 Millionen Lichtjahre weg ist, ist durch dieses Fadenkreuz markiert, ein neuer Stern aufgetaucht. Und dieser neue Stern, das heißt ein Kilo Nova, das ist die Explosionwolke. Den kann man jetzt beobachten. Und da gibt's jetzt hier einen Zeitraffer. Das ist jetzt eine Darstellung, so wie das in echt Farbe ungefähr aussehen würde. Der gelbe Fall ist rein montiert, der zeigt, wo gleich am Anfang jetzt nur die linke Seite angucken, wo diese Kilo Nova auftaucht. Das ist ein altes Archivbild, da ist die Kilo Nova dann noch nicht zu sehen. Dieser weiße Blob ist diese Galaxie, also ungefähr 100 Milliarden Sterne. Die meisten hellen Punkte sind irgendwie Fordergrund Sterne und wir starten jetzt einfach mal den Zeitraffer und dann sieht man, daneben taucht diese Explosion Wolke auf, ist am Anfang heiß und blau. Mit so vier, fünf Tage danach kühlt sie sich schon sichtbar wird Licht schwächer und vor allem auch rötlicher. Jetzt, so nach sieben Tagen, ist sie richtig schön tiefrot geworden. Das bedeutet, es kühlt sich eben weiter ab und man kann das Ganze verfolgen über längere Zeit. Und hier ist es so ungefähr nach elf Tagen bricht es ab. Man kann das ein bisschen länger. Sie Auf der rechten Seite sieht man Spectra, also die Energieverteilung über die Helligkeitsverteilung über die Farben, dass dieses Spektrum hier ist links im sichtbaren Bereich, rechts aber irgendwie tief im Infraroten. Was man aber sehen kann, ist, dass es da bestimmte Dellen gibt. Also das ist nicht immer so eine schöne, gleichmäßige Kurve, sondern da gibt es relativ charakteristische Dellen. So bei hier werden zwischen 0,8 und 1,0 und diese Dellen, die kommen von der Anwesenheit schwerer Elemente wie Gold und Platin, die ein Teil des Lichtes absorbieren und verschlucken. Was wir am Ende aus diesen Beobachtungen zusammen mit Computermodellen schließen können, ist das Gold, Platin und Co eben tatsächlich im Wesentlichen aus Verschmelzen schmelzenden Neutronensterne stammen. Das bedeutet aber, wenn jemand jetzt Goldschmuck trägt, ist das mit allergrößter Wahrscheinlichkeit, Überrest von einer Neutronenstern Verschmelzung, deren Überreste in die Urvolke unseres Sonnensystems gekommen sind. Also wieder so eine schöne direkte Verbindung zum Kosmos. Zum Abschluss noch ganz kurzen Überblick über ein paar Highlights, die wir auch noch hatten. Ich kann natürlich nicht alle 90 Signale da durchsprechen, aber es gibt so ein paar Dinge, die besonders auffällig waren. Und das eine ist ein Signal vom. In 2019 gab es eine weitere Neutronenstern Verschmelzung im Hintergrund künstlerische Darstellung, wo die Komponenten zusammen erstaunlich schwer waren. Das könnte der erste Hinweis darauf sein, dass es Neutronenstern Paare gibt, die insgesamt schwerer sind als die, die wir bisher kennen. Möglich. Wir werden es nur dann wissen, wenn wir weiter beobachten und noch mehr solcher Signale sehen. In dem Fall haben auch nur die Gravitationswellen gesiegt. Bis zum 12. 4. 2019 war es so, dass die Schwarzen Löcher, die wir gesehen hatten, immer sehr ähnliche Massen hatten. Und wenn dieser ähnliche Massen haben, dann könnte man jetzt erwarten, dass das fast immer so ist und am 12. 4. 2009 das erste Mal eins gesehen, wo das schwere schwarze Loch dreieinhalb mal schwerer ist als das leichte schwarze Loch. Das ist zum einen ein bisschen ungewöhnlicher, kommt aber aus den Modellen auch raus. Erwarten wir. Was aber auch das Besondere ist, dass sich dann in dem Signal nicht nur eine Frequenz von den Gravitationswellen zeigt, sondern Obertöne wie bei Musikinstrumenten. Vorhersage aus der Allgemeinen Relativitätstheorie kann man auch hier einen Haken dran machen. Am 14. 8. 2016 gab es eine rätselhafte Verschmelzung richtig mittelschwer schwarzes Loch, so 23 mal so schwer wie unsere Sonne ist mit einem neunmal so leichten Objekt verschmolzen. Das könnte entweder das schwerste schwarze Loch, das leichteste schwarze Loch sein, das wir kennen, oder der schwerste Neutronenstern, den wir kennen. Wir wissen nicht, was es ist. Wir können es auch nicht genau sagen anhand der Gravitationswellen. Aber es wird noch mehr solcher Signale geben. Und daraus kann man dann vielleicht irgendwann lernen, wie schwer so Neutronenstern werden kann, bevor zum Schwarzen Loch wird. Das wissen wir nämlich nicht. Und wir haben am 21. Oktober 2019 die Geburt eines sogenannten mittelschweren Schwarzen Lochs entdeckt. Das ist ein bisschen verwirrend vom Namen her. Mittelschwer alles, was schwerer als 100 Sonnenmassen ist. Also eigentlich sehr schwere Schwarze Löcher. Aber es gibt ja auch noch die extrem schweren, die über 100000 Sonnenmassen und diese zwischen 100 und hunderttausend Sonnenmassen. Da wussten wir bisher nicht, ob es die wirklich gibt. Es gab indirekte Hinweise, da haben wir jetzt tatsächlich den eindeutigen Hinweis gesehen, es gibt es und wir haben es die Entstehung gesehen aus zwei schwarzen Löchern. Als allerletztes noch der Hinweis: Wie kann ich, wie könnt ihr mitmachen, wenn euch das Ganze irgendwie interessiert? Gibt es zwei Sachen linker Hand? Einmal Wir betreiben am Institut Einstein at home. Es ist ein verteiltes freiwilliges rechen Projekt, wo man auf seinen Rechnern, aber auch Smartphones Rechenzeit zur Verfügung stellen kann. Entweder wenn die gerade nicht aktiv genutzt sind oder auch sonst währenddessen, um nach Neutronenstern zu suchen. Da gibt es verschiedene Suchen. Die Hauptsache ist die nach Gravitationswellen von einzelnen Neutronenstern, die sich drehende leichte Beule haben und dabei leise sogenannte kontinuierliche Gravitationswellen abgeben. Wir suchen aber auch nach Radiowellen und Gammastrahlen von diesen Neutronenstern und haben bisher über die Radiowellen und Gammastrahlen mehr als 80 neue Neutronensterne entdeckt. Im Vergleich zu den 3000 insgesamt, die man kennt, ist das schon ganz ordentliche Anteil. Die Gravitationswellen von diesen Objekten, das ist noch offen. Wer da mitmachen will, findet unter Einstein@home.org mehr Infos. Das ganze ist zum Teil auch Quelle offen und man kann da auch in diesen Code selber reingucken. Und wenn da jemand Verbesserungen hat, sind wir natürlich dafür immer offen. Das andere, wenn man mehr von der beobachtenden Seite kommt. Es gibt eine App namens Chop. Die URL steht da unten. Da wird man in dem nächsten Beobachtungslauf, der so Ende 2022 beginnen sollte, live darüber informiert, wenn neue Gravitationswellen gefunden wurden und kann gegebenenfalls mit seinen eigenen Teleskopen nachgucken, ob man denn da zum Beispiel ein Nachleuchten von Verschmelze Neutronenstern sieht. Und das kann man auch über eine Website machen. Das ganze da ist aber eine Implementation, dass man es eben dann hoffentlich ab 2022 auch mit Push Notifications auf sein Handy bekommt. Also das kann man sich natürlich auch selber coden. Sodass man dann gegebenenfalls nachts aufstehen und beobachten kann, wenn es da was zu sehen gibt. Ich bedanke mich schon mal für die Aufmerksamkeit und hoffe wir haben noch ein paar Fragen. Herald: Haben wir. Ich möchte mich aber erst mal auch im Namen des Chips für den extrem spannenden und verständlichen Vortrag bedanken. Das haben mehrere hier gepostet. Ich gehöre auch dazu. Es war wirklich ein sehr, sehr schöner Vortrag. Sehr verständlich erklärt. Knispel: Danke. Herald: Wir haben sehr viele Fragen. Ich werde probieren, einige davon hier loszuwerden. Die Entwickler. Wir hatten am Anfang gleich einen Vergleich im dunklen Raum. Da kann man ja die Wahrnehmung des Schales durch die Wano im des ist etwas über die Geometrie des Raumes erfahren. Kann man das gleich jetzt auch für Gravitationswellen sagen? Und wenn ja, was verraten Sie über den Raum Geometrie? Knispel: Okay, also die Idee ist, wenn ich jetzt in dem Raum bin und etwas höre, dann kann ich daraus verstehen, wie der Raum, wie groß der Raum ist oder so was. Ja, man kann. Es gibt spezielle Fälle, Fälle, wo das geht. Das was einige wahrscheinlich kennen, ist das Licht von Massen. Abgelenkt wird durch sogenannte Gravitationslinsen und dieser Gravitationslinsen Effekt. Der gilt auch für Gravitationswellen. Das bedeutet, wenn ich zum Beispiel zwischen mir und meiner Gravitationswellen Quelle hier irgendwie im Weg ein schweres Objekt habe, dann wird die Gravitationswellen einmal herumfliegen und einmal darum fliegen und gegebenenfalls unterschiedlich lange brauchen. Und das kann man nutzen, um die Masse in der Mitte zu bestimmen. Das ist jetzt bei Gravitationswellen noch nicht der Fall, weil wir die eben nur ab und an sehen. So alle fünf Tage ungefähr derzeit. Aber im Prinzip kann man zumindest über diese direkte Sichtlinie, was erfahren. Über die Gesamtstruktur des Raumes kann man auch ein bisschen was erfahren, weil man Kosmologie mit den Gravitationswellen machen kann. Man kann zum Beispiel bestimmen, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Das ist auch dann ein Maß für die Geometrie des gesamten Universums. Das ist eine neue unabhängige Messung, die jetzt noch nicht so genau ist wie die anderen, die wir haben. Aber man kann prinzipiell Kosmologie machen, kann die Hubble Konstante bestimmen und die kommt zumindest mit großer Ungenauigkeit noch da in dem Bereich raus, wo man sie erwartet. Da ist jetzt noch keine Überraschung, aber auch noch nichts ganz Neues sozusagen. Also nichts überraschend Falsches, aber auch nichts überraschend ganz Neues zu finden. Herald: Okay, wie viele Eigenschaften hat denn seine Neutronenstern zusätzlich im Vergleich zum Schwarzen Loch? Knispel: Ja, das ist eine sehr gute Frage. Das wissen wir leider nicht, weil wir nämlich gar nicht genau wissen, wie so Neutronenstern im Inneren aussieht. Ich habe es gesagt ganz grob ist so, Materie wie bei Neutronen, weil bei Atomkern dichten. Ganz grob gesprochen verändert sich das aber im Innern auch. Und was man weiß, ist oben eine ganz Millimeter oder Zentimeter dicke Atmosphäre, die Elektronen enthalten zum Beispiel kann, dann gibt es da drunter und eine Kruste, wo vielleicht auch noch schwere Atomkerne drin sind. Aber je weiter man nach innen kommt, desto mehr Reihen Neutronensüppicker wird es deswegen heißen die Dinger auch Neutronensterne, weil im Wesentlichen halt fast nichts außer Neutronen übrig bleibt. Und dieser Kern Implosion. Aber wie das im Detail ist im Innern vielleicht noch irgendwie exotische Materie, die aus Quarks oder sowas besteht. Nur das wissen wir nicht. Und deswegen am Ende gibt es umso Neutronenstern zu beschreiben beliebig viele sogenannte Zustandsgleichung, die mir sagen, wenn da so und so viel Druck und diese Temperatur ist, dann ist das Ding so und so groß und bei der und der Masse und, da die unbekannt ist, wissen wir es nicht. Und es gibt einfach im Grunde genommen, wenn man will, unendlich viele Parameter, die man einstellen kann. Aber das ist genau der Trick. Wenn ich jetzt mit Gravitationswellen sagen kann, das Ding war genau so schwer und so groß oder hat sich das kann ich nämlich dann idealerweise sehen, so und so verformt durch die Gezeitenkräfte von seinem Partner Objekt, dann kann ich was über die Zustandsgleichung lernen und das geht in Einzelfällen schon. Das haben Kollegen bei unserem Institut gemacht. Genau ausgemessen, wie groß das Ding war, aller Wahrscheinlichkeit nach. Das hat natürlich Federbealken, aber da sind im Prinzip eben beliebig viele Zusatz Parameter, weil wir es nicht genau wissen. Es halt. Materie ist kein schwarzes Loch. Herald: Okay, verstanden. Kann man theoretisch auch Gravitationswellen Energie gewinnen? Ist das eine Idee? Knispel: Theoretisch ja, weil sie natürlich bisschen wechselwirken, sonst kennen wir sie ja nicht wahrnehmen. Aber das Problem ist, dass die eben so gering an die Materie koppeln, dass das einfach nicht praktikabel ist. Also man sieht ja, was man für einen Aufwand treiben muss, um dieses winzige Bewegen da irgendwie wahrzunehmen. Ein Prinzip hinterlassen die Energie in der Erde, sonst könnte man sie ja nicht wahrnehmen. Aber das sind. Ich weiß nicht, wenn so eine Gravitationswelle durchläuft. Ich glaube, es war im Bereich Djul oder so was. Es lohnt sich nicht. Herald: Also die Forschung weiter nutzen? Knispel: Ja, genau, um unser Universum besser wahrzunehmen. Aber als Energiequelle. Ja, wenn ich jetzt irgendwie mit Science Fiction Zivilisationen auf drei Skala oder sowas vorstelle, vielleicht, aber die können auch einfach Gravitationswellen machen. Herald: Also verstanden. Ich habe eine Frage zur Messung und wie man das misst. Kann man theoretisch durch die Verlängerung der Wegstrecke die Genauigkeit erhöhen? Und gibt es da ein theoretisches theoretisches Maximum der Genauigkeit? Ja, man kann das machen. Das Problem ist am Ende, wenn man es zu lang macht. Man verlängert die Strecken jetzt schon. Das habe ich nicht gesagt durch einen Trick, indem man das Licht nicht einfach einmal durch den Arm laufen lässt, hin und zurück, sondern man bringt da so einen Resonator. Nennt sich das an als eine Lichtfalle, wenn man will oder Lichtspeicher, wo das Licht dann tausend Mal oder ein paar Hundert Mal hin und her läuft und dadurch länger Zeit hat mit der Gravitationswelle Wechsel zu wirken. Das Problem welches zu lange mache unsere Gravitationswellen macht ja so mit dem Arm. Ganz grob gesprochen wird es zu lang mache, dann macht die Gravitationswelle halt einmal hin und zurück komplett während das Licht drin ist und am Ende mäßig deutlich weniger, weil ich halt schon wieder den Teil messe, wo der Arm schon wieder Entstreckt, sozusagen. Ich will ja die maximale Bewegung sozusagen messen. Das wird, man kann das steigern am Ende. Das Andere, was noch dazu kommt ist, dass man wie in der Elektrodynamik eine Antenne braucht, die ungefähr in der Länge der Wellenlänge ist, der Gravitationswellen, die ich messen will. Oder kürzer, je nachdem, wie man das dann betreibt. Aber eben nicht sehr viel länger als die Wellenlänge, weil sich sonst die die Welle sozusagen aufhebt. Und dann bekomme ich in niedrige Frequenzen, wenn ich riesige Detektoren brauche. Das habe ich nicht angesprochen. Es gibt natürlich Gravitationswellen bei sehr niedriger Frequenz, wo ich sehr schwere Objekte bewegen und dafür brauche ich große Detektoren. Da gibt es im Weltraum Detektoren. Lisa, der so in den 2000 30er Jahren fliegen soll, da sind die Strecken dann im Weltall und Millionen Kilometer lang. Herald: Super! Das beantwortet sich gleich die nächste Frage, nämlich Welche Wellenlänge haben diese Laser? Ich würde ... Knispel: Also die Laser haben, das habe ich noch nicht gesagt. 1024 Nanometer. Herald: Okay, super. Wir haben also die Frage Wie wird beim Messen und verhindert das minimale Änderung der Spiegelposition den Laser verfälschen? Das heißt, wenn jetzt das Erschütterung ist oder sonst irgendwas. Knispel: Die Spiegel sind von der Seismig des Bodens abgehängt, die hängen an mehrfach pendeln. Das bedeutet, man hat am Ende irgendein Vakuum. Das Ganze ist auch in einem Vakuum. Dieses Vakuum steht auf dem Boden, ist dann irgendwie passiv und aktiv gedämpft. Schon mal als solches. Und dann hängt. Einem an einem dreifach Pendel, also von der Decke hängt ein Pendel runter, da ist eine Zwischenwand oder noch ein Pendel noch dazwischen und ganz unten hängt der Spiegel, und diese 3 bis 4 fach Pendel je nach Detektor sorgen dafür, dass horizontale Bewegung, aber auch vertikale Bewegung des Bodens um den Faktor von 10 Milliarden oder mehr gedämpft werden, so dass am Ende der Spiegel wirklich bei den Frequenzen, die uns interessieren, still hängt. Und tatsächlich auf diesen 10 hoch -18 Metern und am Ende muss aber natürlich das aktiv dahin gefahren werden, das dann auch bleibt. Herald: Also eine schöne Ingenieurswesen. Knispel: Genau. Herald: Du hattest einen Kommentar abgegeben zur Relativitätstheorie. Wir haben eine Frage hier Wo greift diese nicht? Wo versagt sie? Ist es die Unvereinbarkeit mit der Quantentheorie? Knispel: Ja, das ist einer der Punkte. Also beim Schwarzen Loch haben wir ja diese prinzipiell unendlich kleine Singularität, die, wo die gesamte Masse auf einen kleinen Punkt ist. Das widerspricht der Quantenmechanik. Es geht halt nicht. Da kann ich nicht unendlich viel Masse auf. Kann also nicht endlich jemand auf einen kleinen Punkt zusammentun mit einer unendlich hohen Masse Dichte? Das geht nicht. Die Relativitätstheorie passt da einfach nicht zusammen. Es gibt auch andere Dinge, die am Ereignishorizont passieren, die dann mit dieser Vernichtung von der Information zusammenhängen, die auch noch den Widerspruch zur Relativitätstheorie darstellen. Also Quantenmechanik darstellen. Und das wären so die Punkte, weswegen man dachte: Okay, vielleicht sehen wir an Schwarzen Löchern die ersten Widersprüche zur Relativitätstheorie. Die Tatsache, dass bis jetzt noch nicht geschehen ist, heißt nichts, weil wir einfach teilweise noch nicht genau genug messen können. Da könnte es in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten tatsächlich dann was geben. Aber es ist im Wesentlichen immer die Quantenmechanik, die uns da reinfunkt. Herald: Ja, das bringe ich gleich zur nächsten Frage: Welche bahnbrechenden Erkenntnisse erhoffst du dir oder team ihr euch in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten? Knispel: Genau das vielleicht an der Stelle, wie es euch gesagt hat. Team ist an der Stelle weltweite Gruppe von rund 1700 aktuell Forscherinnen und Forschern, die an den Detektoren, an der Datenanalyse, an allen möglichen Aspekten dieses, dieses, dieses Themas forschen. Generell geht es erst mal darum, dass wir jetzt sozusagen das weitermachen, was schon angesprochen hat Wir machen mehr Astronomie. Wir wollen aber auch Astronomie zusammen mit anderen Astronomen und Astronomen machen. Das, was jetzt an einem Fall gut gemacht haben, wo wir eben die Neutronenstern, etwas gesehen haben. Das wird regelmäßiger werden. Aber am Ende ist zum Beispiel ein großer Durchbruch. Wäre jetzt mit Einstein womöglich diese kontinuierlichen Gravitationswellen, also ein Neutronenstern, dann kein Hubble hat, den rotierend herum schleudert? Das wäre ein guter Hebel, um was über Neutronenstern zum Beispiel zu lernen. Und das wäre wirklich ein Durchbruch, weil man da eben noch nicht so viel weiß, oder eben wirklich gesehen in unser Signal. Irgendwelche Abweichungen, die, die sich nicht mit Allgemeine Relativitätstheorie erklären lassen. Und dann haben wir wirklich einen guten Ansatzpunkten. Hebel, von wo aus man sagen könnte Okay, vielleicht ist diese Version dann doch richtiger, oder diese Version, weil da kann man jetzt nur spekulieren und vielleicht hören wir, das wäre super geil, aber irgendwann aus der Frühzeit des Universums noch Signale, vielleicht eher mit Lisa oder so, mit diesem Weltraum detektor, wo wir das gewissermaßen den Nachhall des Urknalls sozusagen wahrnehmen können. Das wäre auch sehr spektakulär. Herald: Sehr gut, das wäre natürlich richtig. Ich habe tatsächlich eine letzte Frage, bevor wir in die extended Q&A gehen: Ich picke jetzt mal eine, sind doch sehr viele da. Tatsächlich. Und zwar Schwarze Löcher sind da nicht so häufig. Wie kann es dann passieren, dass ich zwei zufällig treffen? Knispel: Es ist richtig, die sind prinzipiell gibt es ja nicht so viele, aber die treffen sich nicht zufällig, sondern die sind schon vorher als Doppelstern System entstanden, als eine Möglichkeit das Bild entstehen vorher als Sternensystem und diese Sternensystem, da macht einer irgendwann Supernova wird zum schwarzen Loch, das andere macht Supernova wird zum schwarzen Loch. Oder es gibt Phasen, wo die sich gegenseitig überlappen, sodass am Ende zwei schwarze Löcher entstehen, die schon umeinander kreisen. Bin ich fertig? Das andere ist die Möglichkeit, dass die einzelnen schwarzen Löcher sind, die aber in sehr dichten Sternumgebungen rumlaufen, also z.B. sogenannten Kugelsternhaufen. Und da dann zum Beispiel ein schwarzes Loch mit einem Stern ist, kommt ein schwarzes Loch vorbei, kickt den einen Stern raus und dann habe ich auch ein Doppelstern System. Das sind auch Fragen, die wir anhand der Gravitationswellen bei der Verschmelzung beantworten können. Wie diese Systeme entstanden sind, können wir jetzt noch nicht, aber in Zukunft dann, wenn wir genauer messen. Herald: Okay, ich bin sehr gespannt, was für euch im nächsten Jahr noch rauskommt. Ich sage es vielen lieben Dank, alles Gute. Eine weitere Forschung und wie gesagt, ich möchte es gibt die Möglichkeit da selber was zu tun. Danke noch mal für eine Zeit. Knispel: Sehr gern. *rc3 Nachspannmusik. Untertitel erstellt von c3subtitles.de im Jahr 2022. Mach mit und hilf uns!