WEBVTT
00:00:00.000 --> 00:00:08.632
rc3 Vorspannmusik
[Füller, bitte entfernen]
00:00:08.632 --> 00:00:13.330
Herald: Wir haben unseren allerletzten
Astro-talk heute und nachdem wir jetzt
00:00:13.330 --> 00:00:16.840
relativ viel über Bilder hatten, machen
wir das Ganze mit dem Universum erforschen
00:00:16.840 --> 00:00:21.010
heute mal anders und zwar über Sound und
somit Gravitationswellen. Jemand der sich
00:00:21.010 --> 00:00:24.910
damit wirklich gut auskennt ist der
Benjamin Knispel. Denn sein
00:00:24.910 --> 00:00:27.490
Lieblingsstelle sind Neutronensterne und
er hat auch schon ein paar davon entdeckt
00:00:27.490 --> 00:00:32.860
und er hat auch im Bereich Pulsaren und
Gravitationswellen geforscht. Ich würde
00:00:32.860 --> 00:00:36.370
sagen, du bist der, der bestenfalls sagen
kann, wie man so was genau macht.
00:00:36.370 --> 00:00:38.040
Benjamin, wir sind mega gespannt.
[Füller, bitte entfernen]
00:00:38.040 --> 00:00:42.760
Benjamin: Alles klar? Vielen Dank für die
nette Einführung. Moin hier aus dem Norden
00:00:42.760 --> 00:00:48.220
von Hannover, wo ich euch einen Überblick
geben will über Astronomie mit
00:00:48.220 --> 00:00:51.880
Gravitationswellen. Wer das Abstract
gelesen hat weiß. Das ist ein ganz
00:00:51.880 --> 00:00:57.460
aktuelles Thema. Das ging so richtig vor
ungefähr 6 Jahren los. Bis dahin hat man
00:00:57.460 --> 00:01:02.140
eben Astronomie nur mit, nur in
Anführungszeichen, mit Teleskopen machen
00:01:02.140 --> 00:01:05.680
können. Das bedeutet, man hat ins Weltall
geschaut, elektromagnetische Wellen
00:01:05.680 --> 00:01:10.000
aufgefangen, mit speziellen Observatorien
Teilchen aufgefangen. Aber es war am Ende
00:01:10.000 --> 00:01:14.350
alles wie ein Stummfilm sozusagen. Und das
was die Gravitationswellen jetzt machen,
00:01:14.350 --> 00:01:18.910
ist diesem Stummfilm in bestimmten
Bereichen Sound hinzuzufügen oder aber
00:01:18.910 --> 00:01:23.770
auch uns Sound zu geben, wo wir gar nicht
sehen können. Das, was man damit machen
00:01:23.770 --> 00:01:27.790
kann, das möchte ich jetzt ein bisschen
erklären und näher bringen, wie unsere
00:01:27.790 --> 00:01:32.260
Instrumente funktionieren und was wir dann
damit über das Universum lernen können.
00:01:32.260 --> 00:01:35.260
Wenn es um Gravitationswellen geht, werden
sich wahrscheinlich viele erst mal die
00:01:35.260 --> 00:01:38.710
Frage stellen, ob Gravitationswellen
vielleicht schon mal gehört. Aber was ist
00:01:38.710 --> 00:01:42.250
denn das genau? Und das ist natürlich ein
entscheidender Punkt ist man das am Anfang
00:01:42.250 --> 00:01:46.780
richtig versteht. Grundsätzlich sind
Gravitationswellen Schwingungen von Raum
00:01:46.780 --> 00:01:51.700
und Zeit und eine Konsequenz aus der
Allgemeinen Relativitätstheorie. Und man
00:01:51.700 --> 00:01:55.540
kann Relativitätstheorie jetzt ganz kurz
tatsächlich mit Lebensmitteln, mit einem
00:01:55.540 --> 00:02:00.130
Apfel und einem Wackelpudding hier
erklären. Natürlich nur der grüne leckere
00:02:00.130 --> 00:02:05.680
Wackelpudding, die anderen sind ja nicht
so gut. Und das, was wir aus Einsteins
00:02:05.680 --> 00:02:11.110
Allgemeine Relativitätstheorie, dass die
von 1915 lernen, ist, dass Raum und Zeit
00:02:11.110 --> 00:02:16.900
sich ein bisschen wie dieser Wackelpudding
verhalten, also Raum und Zeit, die man so
00:02:16.900 --> 00:02:22.390
im Alltag ja als statische Sachen erfährt,
sozusagen. Der Raum scheint immer gleich
00:02:22.390 --> 00:02:26.500
zu sein, ist im großen Maßstab und auch
wenn man ganz genau hinguckt, eben nicht
00:02:26.500 --> 00:02:29.410
so und das verrät uns Einstein 1915 mit
seiner Allgemeinen Relativitätstheorie,
00:02:29.410 --> 00:02:34.330
die sagt: Zum einen müssen wir Raum und
Zeit gemeinsam betrachten zu einer
00:02:34.330 --> 00:02:37.540
vierdimensionalen Raumzeit, kann ich mir
nicht vorstellen. Ist okay, wenn ihr euch
00:02:37.540 --> 00:02:40.960
das nicht vorstellen könnt. Aber man kann
das in drei Dimensionen sich so ein
00:02:40.960 --> 00:02:44.590
bisschen wie so ein Wackelpudding
vorstellen. Denn was Einstein sagt, ist
00:02:44.590 --> 00:02:49.300
Raum und Zeit. Oder diese Raumzeit, die
verändert sich in der Anwesenheit von
00:02:49.300 --> 00:02:52.570
Massen. Unseren Wackelpudding ist das
relativ offensichtlich. Wenn ich einen
00:02:52.570 --> 00:02:57.820
Apfel rein packe, verändert sich die Form,
die Geometrie, dieses Wackelpudding rund
00:02:57.820 --> 00:03:01.690
um den Apfel. Und genau das ist das, was
auch in Einsteins Relativitätstheorie
00:03:01.690 --> 00:03:07.060
passiert. Massen verändern Raum und Zeit
um sich herum oder mathematisch
00:03:07.060 --> 00:03:11.980
physikalisch gesprochen. Sie verändern die
Geometrie der Raumzeit. Das bedeutet, der
00:03:11.980 --> 00:03:15.850
Raum und die Zeit werden gekrümmt. In
Wackelpudding ist das relativ
00:03:15.850 --> 00:03:20.920
offensichtlich, dass da irgendwas gekrümmt
wird. Das, was wir als Konsequenz
00:03:20.920 --> 00:03:24.370
wahrnehmen, ist das, was wir bisher
Schwerkraft genannt haben. Denn alles
00:03:24.370 --> 00:03:28.330
folgt immer dem kürzesten Weg in einer
Raumzeit. Und wenn die Geometrie sich
00:03:28.330 --> 00:03:32.170
verändert hat, dann ist der kürzeste Weg
ein anderer. Und Objekte beschreiben
00:03:32.170 --> 00:03:36.160
andere Wege, wenn Massen da sind, als wenn
keine Massen da sind. Das ist einfach
00:03:36.160 --> 00:03:40.450
statisch. Schwerkraft bei Einstein ganz
grob umrissen. Was aber auch noch
00:03:40.450 --> 00:03:43.900
rauskommt und das verrät uns Einstein,
dann ist das, wenn Massen sich
00:03:43.900 --> 00:03:47.590
beschleunigt bewegen, also anfangen zu
wackeln. Dass dann die Raumzeit selber
00:03:47.590 --> 00:03:51.670
auch wackeln kann, so wie dieser
Wackelpudding das tut. Das bedeutet, wenn
00:03:51.670 --> 00:03:55.390
sich Massen beschleunigt bewegen, wie eben
in dem Video der Apfel fängt die gesamte
00:03:55.390 --> 00:03:59.440
Raumzeit an zu schwingen. Diese
Schwingungen breiten sich mit
00:03:59.440 --> 00:04:03.400
Lichtgeschwindigkeit als Wellen durch Raum
und Zeit aus. Die nennen wir dann
00:04:03.400 --> 00:04:07.240
Gravitationswellen. Und diese
Gravitationswellen bieten uns einen neuen
00:04:07.240 --> 00:04:11.080
Sinn zur Wahrnehmung des Universums. Die
sind, wie wir dann sehen werden, so ein
00:04:11.080 --> 00:04:14.710
bisschen wie das Hören des Universums. So
wie Schall Schwingungen in der Luft sind,
00:04:14.710 --> 00:04:18.730
sind Gravitationswellen Schwingungen von
Raum und Zeit, ausgelöst durch sich
00:04:18.730 --> 00:04:22.810
beschleunigt bewegende Objekte. Das tun
sie. Dieses Ausbreiten tun sie wie gesagt
00:04:22.810 --> 00:04:26.410
mit Lichtgeschwindigkeit. Und das
Wichtigste ist, dass diese Schwingungen
00:04:26.410 --> 00:04:30.850
Raum und Zeit, das All im Grunde genommen
fast ungehindert durchläuft und von allen
00:04:30.850 --> 00:04:35.200
massereichen Objekten erzeugt wird. Das
bedeutet, wenn irgendeine Masse sich
00:04:35.200 --> 00:04:39.358
beschleunigt bewegt werden, gleich sehen.
Das da reicht nicht jede kleine Masse aus,
00:04:39.358 --> 00:04:42.340
sondern die muss schon relativ groß sein,
um etwas messbar zu erzeugen. Aber wenn
00:04:42.340 --> 00:04:45.730
sich diese Masse beschleunigt bewegt,
erzeugt sie Fdiese Gravitationswellen, die
00:04:45.730 --> 00:04:49.420
Raum und Zeit in Schwingung versetzen. Und
die kommen dann im Grunde genommen
00:04:49.420 --> 00:04:53.170
ungehindert alles durchlaufen bei uns an.
Also wir können auch Gravitationswellen
00:04:53.170 --> 00:04:57.160
von unten durch die Erde wahrnehmen und
müssen nicht wie mit einem Teleskop klaren
00:04:57.160 --> 00:05:00.550
Himmel haben. Es ist völlig egal, was dein
Weg ist, nicht nur hier vor Ort, sondern
00:05:00.550 --> 00:05:04.420
auch im All. Und das bedeutet natürlich,
wir können viel mehr wahrnehmen, wenn es
00:05:04.420 --> 00:05:07.300
denn Gravitationswellen erzeugt, weil es
egal ist, ob da irgendetwas absorbierendes
00:05:07.300 --> 00:05:12.100
im Weg ist. Ich habe es schon gesagt,
beschleunigte Massen. Es ist zwar im
00:05:12.100 --> 00:05:15.550
allgemeinen richtig, dass ich auch mit
meiner Schütteln den Faust irgendwie
00:05:15.550 --> 00:05:18.760
Gravitationswellen theoretisch erzeugen
kann, aber in der Praxis ausreichend
00:05:18.760 --> 00:05:21.730
starke Signale gibt es nur von schweren
Dingen, die sich wirklich schnell bewegen.
00:05:21.730 --> 00:05:25.270
Deswegen ganz kurzer Überblick Was sind
denn die Quellen von Gravitationswellen,
00:05:25.270 --> 00:05:31.990
die wir sehen und erwarten können? Das
eine sind paar schwarze Löcher. Wer jetzt
00:05:31.990 --> 00:05:34.750
noch nicht weiß, was ein schwarzes Loch
ist, ich sage da gleich was dazu. Am Ende
00:05:34.750 --> 00:05:38.710
ein sehr kompaktes, sehr kleines,
massereichen Objekt. Und wenn wir zwei von
00:05:38.710 --> 00:05:41.440
denen haben, dann können die sich
umkreisen und wenn sie sich umkreisen,
00:05:41.440 --> 00:05:46.330
beschleunigt, bewegen sich beschleunigt
und erzeugen Gravitationswellen. Es kann
00:05:46.330 --> 00:05:50.020
auch ein paar von zwei Neutronenstern
sein. Auch hier kommt gleich noch was in
00:05:50.020 --> 00:05:54.400
Neutronensterne. Andere kompakte Objekte.
Diese Paare können sich auch umrunden.
00:05:54.400 --> 00:05:57.970
Dabei Gravitationswellen abgeben kann auch
eine Kombination aus beiden geben ein
00:05:57.970 --> 00:06:01.180
schwarzes Loch und Neutronenstern, die
einander umrunden. Auch das gibt
00:06:01.180 --> 00:06:05.380
Gravitationswellen. Alle diese drei in der
oberen Zeile. Diese Arten von
00:06:05.380 --> 00:06:09.580
Gravitationswellen Quellen haben wir
bereits beobachtet. Was wir uns noch
00:06:09.580 --> 00:06:14.530
erhoffen, sind einzelne Neutronensterne,
die nicht ganz rund sind, aber um die
00:06:14.530 --> 00:06:19.450
eigene Achse rotieren. Oder aber
explodierende Sterne, sogenannte Supernova
00:06:19.450 --> 00:06:23.320
Explosionen in unserer Galaxie. Das sind
so Dinge, wo wir wissen, das gibt
00:06:23.320 --> 00:06:26.290
Gravitationswellen ab. Wir haben sie
bisher nur noch nicht gesehen. Vielleicht
00:06:26.290 --> 00:06:30.250
weil die zu selten sind, als dass wir sie
regelmäßig wahrnehmen können. Und dann
00:06:30.250 --> 00:06:34.180
gibt es ja noch die drei Fragezeichen. Es
kann natürlich sein, dass es noch andere
00:06:34.180 --> 00:06:37.690
Quellen gibt, von denen wir bisher gar
keine Ahnung haben. Und das wäre so das
00:06:37.690 --> 00:06:40.990
eigentlich richtig Coole, wenn wir
irgendwann ein Signal sehen. Wir wissen
00:06:40.990 --> 00:06:44.380
Okay, das ist echt, das haben wir gesehen,
aber keine Ahnung, was es ist. Das ist
00:06:44.380 --> 00:06:48.160
immer der Fall, wenn man Wissenschaft
wirklich spannend wird. Jetzt, wie
00:06:48.160 --> 00:06:52.360
versprochen, kurz zu diesen Hauptakteuren
die, die uns durch den Vortrag begleiten,
00:06:52.360 --> 00:06:57.550
also die Dinge, die wir gesehen haben. Das
eine sind Neutronensterne, Neutronensterne
00:06:57.550 --> 00:07:01.540
und Schwarze Löcher entstehen in diesen
eben schon erwähnten Sternexplosionen.
00:07:01.540 --> 00:07:05.740
Wenn Sterne, die schwerer sind als unsere
Sonne, am Ende ihres Lebens in ihrem
00:07:05.740 --> 00:07:08.950
Kernbereich in sich zusammenbrechen, die
bilden dann so einen schweren Kern aus
00:07:08.950 --> 00:07:12.400
Eisen aus. Und dieser Kern wird irgendwann
so schwer, dass die Materie nicht mehr
00:07:12.400 --> 00:07:16.060
stabil aufrecht erhalten wird. Dann bricht
die zusammen. Wenn es hinreichend leicht
00:07:16.060 --> 00:07:19.630
ist, kommt ein Neutronenstern raus. Den
sieht man hier in der künstlerischen
00:07:19.630 --> 00:07:24.040
Darstellung. Dann ist diese blau weiße
Kugel da, im echten Größenvergleich mit
00:07:24.040 --> 00:07:28.030
Hannover. Zum Glück ist da nicht echten
Neutronenstern, denn wenn das der Fall
00:07:28.030 --> 00:07:31.450
wäre, dann wäre die Erde so nicht mehr da.
Denn dieser kleine Neutronenstern, der
00:07:31.450 --> 00:07:35.410
ungefähr so groß ist wie Hannover, sieht
man in Satellitenbild, ist ungefähr 1,5
00:07:35.410 --> 00:07:38.770
mal so schwer wie unsere Sonne, manche
auch zweimal so schwer. Also wirklich
00:07:38.770 --> 00:07:42.400
richtig viel Masse, aber auf sehr kleinem
Raum, denn das Ding hat gerade mal 20
00:07:42.400 --> 00:07:46.780
Kilometer Durchmesser. Bedeutet Die Dichte
von diesen Neutronenstern ist im Grunde
00:07:46.780 --> 00:07:50.950
genommen die Dichte eines Atomkerne, dass
Materie, in der der ganze Leerraum in den
00:07:50.950 --> 00:07:54.880
Atomen weggepackt ist, weg gequetscht ist
sozusagen. Das passiert, wenn der Stern
00:07:54.880 --> 00:07:58.360
Kern zusammenbricht. Und einzelne von
diesen Neutronenstern wissen wir, gibt es.
00:07:58.360 --> 00:08:01.990
Die drehen sich bis zu 700 Mal pro
Sekunde. Das ist also deutlich schneller
00:08:01.990 --> 00:08:06.910
als der übliche Standmixer in der Küche.
Deswegen, weil das so extreme Objekte
00:08:06.910 --> 00:08:09.940
sind, die zusätzlich auch noch krasse
Magnetfelder haben, sind das so mit meine
00:08:09.940 --> 00:08:14.410
Lieblingsobjekte, meine Lieblingssterne,
weil die eben Materie unter ganz extremen
00:08:14.410 --> 00:08:19.810
Bedingungen haben und dass unser Universum
das Universum uns der Dinge liefert, die
00:08:19.810 --> 00:08:25.630
wir praktisch nicht im Labor erzeugen
können. Wenn dieser Neutronenstern ist an
00:08:25.630 --> 00:08:28.990
sich stabil. Wenn jetzt aber noch mehr
Materie wieder drauf fällt von dem
00:08:28.990 --> 00:08:33.520
zusammenbrechenden Stern, dann ist da auch
nicht mehr genug. Sozusagen physikalischer
00:08:33.520 --> 00:08:37.750
Druck von innen ausbaubar, dass das ganze
zu einem schwarzen Loch zusammenfällt und
00:08:37.750 --> 00:08:40.600
die Materie letztendlich der
Relativitätstheorie nach auf einen
00:08:40.600 --> 00:08:44.410
unendlich kleinen Punkt zusammenschrumpft.
Die so unendlich kleiner Punkt ist die
00:08:44.410 --> 00:08:48.430
Singularität in der Mitte dieses ganz
einfachen Schwarzen Lochs, das ich jetzt
00:08:48.430 --> 00:08:53.440
hier nicht drehen soll. So ein schwarzes
Loch hat wenig Eigenschaften, das hat die
00:08:53.440 --> 00:08:57.160
Masse in einem Punkt. Dann gibt es einen
sogenannten Ereignishorizont. Das ist die
00:08:57.160 --> 00:09:01.150
Distanz, ab der ich nicht mehr entkommen
kann, ab der ich im Prinzip schneller als
00:09:01.150 --> 00:09:05.710
mit Lichtgeschwindigkeit wegfliegen
müsste. Den Ereignishorizont unterteilt
00:09:05.710 --> 00:09:09.400
das Universum in zwei Bereiche. Es gibt
jenseits des Ereignishorizont aus unserer
00:09:09.400 --> 00:09:12.820
Sicht von außen und diesseits. Und sobald
ich jenseits bin, komme ich nicht mehr
00:09:12.820 --> 00:09:17.710
raus. Deswegen Schwarzes Loch, weil alles,
was da reinfällt, darin verschwindet. So
00:09:17.710 --> 00:09:20.890
ein schwarzes Loch hat im Prinzip eine
Größe, die kann man mit diesen sogenannten
00:09:20.890 --> 00:09:24.400
Schwarzschild Radius angeben. Das ist eine
von den zwei Formeln, die hier vorkommt.
00:09:24.400 --> 00:09:27.910
Da sind Konstanten drin. Dieses R der
Schwarzschild Radius bestimmt sich
00:09:27.910 --> 00:09:31.630
letztendlich aus Gravitationskonstante.
Das ist das große G der
00:09:31.630 --> 00:09:35.320
Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat unten und
M mit der Masse des Schwarzen Lochs. Also
00:09:35.320 --> 00:09:39.520
je schwerer das schwarze Loch, desto
größer. Schwarze Löcher sind aber extrem
00:09:39.520 --> 00:09:43.360
langweilig. Die haben genau drei
Eigenschaften: Sie haben eine Masse. Ja,
00:09:43.360 --> 00:09:46.540
wenn ich die Masse kenne, dann weiß ich
schon sehr viel über das schwarze Loch.
00:09:46.540 --> 00:09:50.530
Die haben einen Drehimpuls, was man als
Spin bezeichnet. Also die können rotieren
00:09:50.530 --> 00:09:54.640
um die eigene Achse, weil die einfallende
Materie auch rotieren kann. Und die haben
00:09:54.640 --> 00:09:58.540
theoretisch noch eine elektrische Ladung,
die aber in der Natur nicht vorkommt, weil
00:09:58.540 --> 00:10:02.740
der Stern insgesamt zusammenbricht,
elektrisch neutral ist. Das bedeutet,
00:10:02.740 --> 00:10:06.100
schwarze Löcher sind wirklich langweilige
Dinge. Da brauche ich ein paar Zahlen,
00:10:06.100 --> 00:10:09.760
Masse und den Drehimpuls. Das sind drei
Zahlen, wenn ich will. Um die Ausrichtung
00:10:09.760 --> 00:10:12.790
zu haben und dann kenne ich das schwarze
Loch. Das wird, egal ob es ein schwarzes
00:10:12.790 --> 00:10:16.210
Loch einfalle, einfallen lasse, am Ende
kommen gleich das ganze Ding durch ein
00:10:16.210 --> 00:10:20.560
paar Zeilen schreiben. Das sind die
Objekte, die wir beobachten können und die
00:10:20.560 --> 00:10:24.250
wir mit Gravitationswellen dann, das
erkläre ich gleich, noch auch ausmessen
00:10:24.250 --> 00:10:27.730
können und etwas über sie erfahren können.
Das ist das Besondere, denn Schwarze
00:10:27.730 --> 00:10:31.480
Löcher sind schwarz. Kann ich nicht sehen.
Das bedeutet, ich habe wenig
00:10:31.480 --> 00:10:36.850
Möglichkeiten, die zu beobachten, außer
mit Gravitationswellen. Und die
00:10:36.850 --> 00:10:41.380
Neutronensterne sind, wie man gesehen
haben, sehr, sehr klein. Und selbst wenn
00:10:41.380 --> 00:10:43.840
die heiß sind, leuchten die nicht
besonders hell. Das bedeutet, ich sehe
00:10:43.840 --> 00:10:47.920
unter Umständen nicht sehr viele und kann
die dann auch nicht genau erforschen in
00:10:47.920 --> 00:10:52.030
ihren einzelnen Eigenschaften der Materie.
Das kann ich mit Gravitationswellen auch
00:10:52.030 --> 00:10:56.110
tun. Jetzt aber zurück zu den
Gravitationswellen und unserem zitternden
00:10:56.110 --> 00:10:59.410
Wackelpudding. Wie messe ich das denn
eigentlich? Was sind denn jetzt wirklich
00:10:59.410 --> 00:11:02.260
die Effekte? Offensichtlich ist die
Raumzeit nicht Wackelpudding in
00:11:02.260 --> 00:11:08.050
Waldmeister Geschmack, sondern
physikalische Eigenschaft, an der ich
00:11:08.050 --> 00:11:10.910
tatsächlich etwas festmachen kann. Da
können wir uns übertrieben angucken, was
00:11:10.910 --> 00:11:15.470
Gravitationswellen machen. Stellen uns
vor, wir sind irgendwo in der
00:11:15.470 --> 00:11:20.720
Schwerelosigkeit im freien Fall. Dann
können wir aus kleinen Massen so ein Kreis
00:11:20.720 --> 00:11:25.850
vor uns setzen. Der schwebt dann, wenn wir
nichts machen, idealerweise lange in
00:11:25.850 --> 00:11:29.480
dieser Kreisbahn vor sich hin. Wenn jetzt
eine Gravitationswelle kommt und von
00:11:29.480 --> 00:11:33.020
hinten oder von vorne senkrecht durch
diesen Ring läuft, also jetzt hier
00:11:33.020 --> 00:11:36.830
senkrecht aus dem Schirm oder einen Schirm
rein, dann dehnt und staut diese
00:11:36.830 --> 00:11:40.250
Gravitationswellen den Raum senkrecht zu
der Ausbreitung Richtung extrem
00:11:40.250 --> 00:11:43.760
übertrieben dargestellt, so wie man das
hier sieht. Das bedeutet, der Raum wird
00:11:43.760 --> 00:11:47.370
immer in der Waagerechten zusammengedrückt
und gleichzeitig in der Senkrechten
00:11:47.370 --> 00:11:50.624
gestreckt und in der nächsten halben Welle
andersrum. Das ist der Effekt, den
00:11:50.624 --> 00:11:54.516
Gravitationswellen haben und das ist der
messbare Effekt, den ich versuchen muss,
00:11:54.516 --> 00:11:57.938
irgendwie wahrzunehmen. Das sind
Längenänderung. Es ist jetzt hier extrem
00:11:57.938 --> 00:12:02.413
übertrieben dargestellt. Wenn wir so durch
geknetet werden würden, würden wir es ja
00:12:02.413 --> 00:12:06.314
merken. Grundsätzlich gilt: Diese
Längenänderung, die wir messen, ist ein
00:12:06.314 --> 00:12:10.544
relativer Effekt, weil der Raum selber
gedehnt und gestaucht wird. Bedeutet, wenn
00:12:10.544 --> 00:12:14.975
ich etwas größeres betrachte, dann wird
natürlich auch die Längenänderung am Ende
00:12:14.975 --> 00:12:18.988
größer oder kleiner. Ich kann es immer in
Prozent angeben, wobei sich herausstellt,
00:12:18.988 --> 00:12:23.315
dass Prozent oder Promille hier nicht eine
gute Größenordnung, Einheit ist. Denn die
00:12:23.315 --> 00:12:27.497
relative Längenänderung bei den stärksten
Gravitationswellen, die wir aus dem
00:12:27.497 --> 00:12:31.550
Weltall erwarten können, ist bei zehn hoch
minus 21, also von einer Länge ein
00:12:31.550 --> 00:12:35.682
Tausendstel, davon ein Milliardstel und
von diesen tausendsten Milliadstel noch
00:12:35.682 --> 00:12:39.661
mal Milliardstel. Klingt unvorstellbar
klein, ist es auch. Bedeutet nämlich, dass
00:12:39.661 --> 00:12:44.030
die Bahn der Erde sich um den Durchmesser
eines einzelnen Atoms ändert. Das ist die
00:12:44.030 --> 00:12:47.551
Bahn der Erde um die Sonne. Ich muss also
im Prinzip, um Gravitationswellen zu
00:12:47.551 --> 00:12:51.264
messen, den Abstand zwischen Erde und
Sonne auf ein Atom genau bestimmen, was
00:12:51.264 --> 00:12:55.032
offensichtlich nicht geht. Grundsätzlich,
was da drin steckt in diesen
00:12:55.032 --> 00:12:58.385
Gravitationswellen, wenn man die
ausrechnen will, konkret, dann ist das
00:12:58.385 --> 00:13:02.840
rechts. In dieser Formel sieht man eine
zweite Zeitableitung. Das ist dieses D2
00:13:02.840 --> 00:13:07.006
nach dem Quadrat. Das quadrat ist das
Quadrat Pol. Moment der Massenfertigung.
00:13:07.006 --> 00:13:11.058
Davor stehen jede Menge Zahlen, Konstanten
und das, was die Gravitationswellen am
00:13:11.058 --> 00:13:15.588
Ende so klein macht, ist dieses Eins durch
Lichtgeschwindigkeit, eins durch C hoch
00:13:15.588 --> 00:13:20.012
vier. Was da steht das gleiche. Egal was
ich rechts habe, ich kann das immer durch
00:13:20.012 --> 00:13:24.150
Lichtgeschwindigkeit hoch 4, da wird alles
was da drin steht unglaublich klein. Und
00:13:24.150 --> 00:13:28.020
am Ende liegt es daran, dass ich das die
Raumzeit, die ich versuche in Schwingung
00:13:28.020 --> 00:13:31.173
zu versetzen, dass die unglaublich steif
ist, letztendlich mit unglaublich viel
00:13:31.173 --> 00:13:34.359
Energie reinkommen muss, damit tatsächlich
sich da irgendwas bewegt. Und es ändert
00:13:34.359 --> 00:13:38.427
sich auch noch mit dem Abstand. Je weiter
ich weg bin, desto schwächer ist es.
00:13:38.427 --> 00:13:41.886
Nichtsdestotrotz gibt es Instrumente, die
können diese winzigen Längenänderung
00:13:41.886 --> 00:13:45.073
messen und das können wir uns hier einmal
anschauen. Das sind sogenannte
00:13:45.073 --> 00:13:49.489
Laserinterferometer. Prinzip ist ganz
einfach. Ich habe ein Laser und strahle
00:13:49.489 --> 00:13:53.437
von dem Licht auf einen Strahlteiler. Das
wird jetzt in zwei sogenannte Arme
00:13:53.437 --> 00:13:57.702
aufgeteilt, durchläuft lange Strecken,
wird dort zurück reflektiert, trifft sich
00:13:57.702 --> 00:14:01.558
wieder am Strahlteiler und wird dort
überlagert. Und je nachdem, wie diese
00:14:01.558 --> 00:14:05.061
beiden Wellen zusammenkommen, heben sie
sich entweder jetzt perfekt auf ihre
00:14:05.061 --> 00:14:08.793
elektrischen Felder und es kommt kein
Licht heraus. Wenn jetzt aber eine
00:14:08.793 --> 00:14:12.965
Gravitationswelle kommt, führt die eben zu
einem Dehnen und Stauchen der Arme, genau
00:14:12.965 --> 00:14:15.636
so wie ich das gezeigt habe. Und hier in
der vereinfachten Version ist es
00:14:15.636 --> 00:14:19.000
dargestellt, als würden sich die Spiegel
bewegen. Und das hat zur Folge, dass sie
00:14:19.000 --> 00:14:22.926
am Ausgang des Detektors die Wellen
zueinander verschieben und die Helligkeit
00:14:22.926 --> 00:14:26.682
sich ändert. Das bedeutet so ein Laser-
Interferometer übersetzt mir
00:14:26.682 --> 00:14:31.946
Gravitationswellen in Helligkeitsänderung,
die ich elektronisch aufzeichnen kann,
00:14:31.946 --> 00:14:36.627
beispielsweise. Von diesen
Laserinterferometer gibt es derzeit auf
00:14:36.627 --> 00:14:41.220
der Welt 5 Stück, die im Prinzip in
Betrieb sind. Hier sieht man Bilder von 4.
00:14:41.220 --> 00:14:45.199
Es gibt noch einen unterirdischen Detektor
Kagra, von dem man ganz offensichtlich
00:14:45.199 --> 00:14:49.025
kein so einfaches Bild zeigen kann. Die
haben alle im Prinzip denselben Aufbau.
00:14:49.025 --> 00:14:54.037
Das ist so ein großes L in der Landschaft,
das eben diese Laserlaufstrecken, die ich
00:14:54.037 --> 00:14:58.575
eben gezeigt habe, beherbergt. Das uns
nächstgelegene sozusagen ist. Also ich
00:14:58.575 --> 00:15:01.336
weiß es nicht, wo ihr alle sitzt, aber
wenn man in Deutschland ist, das
00:15:01.336 --> 00:15:04.703
nächstgelegene ist in der Regel GEO 600,
das ist das von unserem Institut zusammen
00:15:04.703 --> 00:15:09.098
mit britischen Partnern betriebene
Gravitationswellen Observatorium südlich
00:15:09.098 --> 00:15:13.024
von Hannover. Da ist der Fokus auf
Technologieentwicklung, weil es immer der
00:15:13.024 --> 00:15:17.355
kleinste Detektor von allen gewesen ist,
denn da sind die Strecken nur 1,2 km lang.
00:15:17.355 --> 00:15:22.366
Der nächst größere Detektor Kagra befindet
sich in der Nähe von Pisa in Italien. Da
00:15:22.366 --> 00:15:26.077
sind das 3 km lange Läsermessstrecken und
ihr erinnert euch, je größer desto
00:15:26.077 --> 00:15:29.929
empfindlicher kann ich messen, weil meine
Längenänderung am Ende größer wird. Kagra
00:15:29.929 --> 00:15:34.100
hat auch 3 km lange mehr Strecken. Das
befindet sich in Japan und die beiden
00:15:34.100 --> 00:15:37.680
größten Detektoren sind die
Lagendetektoren in Herford und in
00:15:37.680 --> 00:15:42.324
Livingston, die 4 km lange Lasern
messstrecken. Um kurz eine Idee davon zu
00:15:42.324 --> 00:15:46.696
geben, was die messen müssen. Die relative
Längenänderung wir erinnern uns, ist
00:15:46.696 --> 00:15:50.467
maximal 10 noch mehr als 23 schwächer geht
immer, wenn es geringere Massen sind, wenn
00:15:50.467 --> 00:15:54.420
es weiter weg ist, oder? Jetzt habe ich
eine 1000 grob 1000 Meter lange Strecke.
00:15:54.420 --> 00:15:58.841
Das bedeutet absolute Längenänderung ist
10 hoch minus 18 Meter. Das ist der
00:15:58.841 --> 00:16:03.125
tausendste Teil eines
Atomkerndurchmessers. ganz grob. Würde ich
00:16:03.125 --> 00:16:07.669
muss so winzige Änderung messen, aber mit
diversen technischen Kniffen, die man sich
00:16:07.669 --> 00:16:11.205
nicht alle angucken wollen, können wir
gerne in den Fragen darauf eingehen oder
00:16:11.205 --> 00:16:14.739
eine extended Session am Ende haben. Die
erreicht man eine noch viel höhere
00:16:14.739 --> 00:16:20.082
Messgenauigkeit und kann es tatsächlich
nachweisen. Am Ende sind diese Detektoren
00:16:20.082 --> 00:16:26.163
empfindlich für Gravitationswellen mit
Frequenzen im Audio Bereich. Das bedeutet
00:16:26.163 --> 00:16:31.540
aber, wenn ich Schwingungen der Raumzeit
im Audio Bereich messen kann, dann kann
00:16:31.540 --> 00:16:35.914
ich natürlich das ganze als Mikrofon für
Gravitationswellen betrachten. Das
00:16:35.914 --> 00:16:40.371
bedeutet, ich kann dann eben wirklich
Dinge hören, die im Weltall passieren und
00:16:40.371 --> 00:16:44.951
im wahrsten Sinne des Wortes das blöde.
Ich kann das Ausgangssignal im Prinzip
00:16:44.951 --> 00:16:50.288
wirklich irgendwo drauflegen und anhören,
was dann dabei rauskommt. Diese Detektoren
00:16:50.288 --> 00:16:55.970
lauschen ins All. Sie tun das auch sehr
empfindlich. Hier ist nur ein Beispiel.
00:16:55.970 --> 00:17:00.266
Das was man hier sieht, sind Spectra, das
Hintergrundrauschen, das in diesen
00:17:00.266 --> 00:17:04.546
Detektoren anliegt und zwar in der letzten
gemeinsamen großen Messkampagne, die 2020
00:17:04.546 --> 00:17:09.572
dann auch durch die Pandemie vorzeitig
beendet wurde. Was man sieht hier auf der
00:17:09.572 --> 00:17:13.138
Querachse ist die Frequenz der
Gravitationswellen, die man versucht zu
00:17:13.138 --> 00:17:17.219
messen. In der logarithmischen Skala links
10 Hertz, rechts 6 kHz, glaube ich. Das
00:17:17.219 --> 00:17:22.239
bedeutet ist so ein guter Teil des Audio
Spektrums. Man sieht verschiedenfarbige
00:17:22.239 --> 00:17:26.151
Kurven für jeden Detektor einen. Wir
gucken uns einfach die blaue und die rote
00:17:26.151 --> 00:17:29.713
an, weil das die am weitesten unten
liegende sind. Und auf der hoch Achse
00:17:29.713 --> 00:17:33.902
sieht man die Empfindlichkeit verglichen
mit einer Gravitationswelle, einer
00:17:33.902 --> 00:17:37.536
bestimmten Stärke sozusagen. Je tiefer
diese Kurven liegen, desto geringer ist
00:17:37.536 --> 00:17:41.505
das Hintergrundrauschen. Das kommt aus
fundamentalen physikalischen Instrumenten
00:17:41.505 --> 00:17:45.245
Quellen und das Ziel ist es am Ende diese
Empfindlichkeit Kurve so weit runter zu
00:17:45.245 --> 00:17:48.437
drücken, dass sich mehr Gravitationswellen
messen kann. Und die beiden am tiefsten
00:17:48.437 --> 00:17:52.435
liegenden sind die von den beiden größten
Detektoren von den gleichen Livingston,
00:17:52.435 --> 00:17:56.100
die rot und die blaue Kurve und die
stärksten Gravitationswellen, die wir
00:17:56.100 --> 00:18:00.665
erwarten können, die wären so ganz grob
auf der Höhe dieser grünen Quer Linie bei
00:18:00.665 --> 00:18:04.328
diesen zehn hoch minus 21 und die
Frequenzen sind typischerweise so im
00:18:04.328 --> 00:18:07.699
mittleren Frequenzbereich, also irgendwas
zwischen 100 und 1000 Hertz. Und da sieht
00:18:07.699 --> 00:18:11.152
man zwischen einem Signal, das diese
Stärke hat und dem Rauschen darunter ist,
00:18:11.152 --> 00:18:15.009
ein deutlicher Abstand. Das bedeutet das
Signal zu Rausch, Verhältnis oder Signal-
00:18:15.009 --> 00:18:18.120
Rausch Abstand ist bei den
Längendetektoren so hoch, dass man diese
00:18:18.120 --> 00:18:22.488
Signale auf jeden Fall sehr, sehr laut
sozusagen messen kann. Und das tun wir.
00:18:22.488 --> 00:18:26.344
Üblicherweise so, dass mehrere
Messkampagnen hintereinander, die
00:18:26.344 --> 00:18:30.071
teilweise von Umbau, Pausen, kurzen
Pausen, aber wie auch jetzt gerade
00:18:30.071 --> 00:18:34.010
jahrelangen Umbau Pausen unterbrochen
werden, in denen man die Detektoren
00:18:34.010 --> 00:18:38.443
verbessert. Und wir haben gemessen, das
erste Mal 2015 begonnen, seit dem 3.
00:18:38.443 --> 00:18:43.682
Märzkampagnen gemacht. Der letzte, wie
gesagt, war im März 2020 zu Ende und wir
00:18:43.682 --> 00:18:48.202
haben vieles gemessen. Ich zeige das jetzt
einmal im Überblick und dann gucken wir
00:18:48.202 --> 00:18:50.723
uns ein paar Highlights an und beantworte
die Frage: Was haben wir denn bisher
00:18:50.723 --> 00:18:54.463
entdeckt und was haben wir daraus gelernt?
Das hier ist dieses Maßes Mistella
00:18:54.463 --> 00:19:00.090
Gracefeld, in das der LKW fährt, ist
sozusagen der Überblick aller verstorbenen
00:19:00.090 --> 00:19:05.325
Sterne, deren Überreste wir gesehen haben.
Man sieht vor allem erstmal viele blaue
00:19:05.325 --> 00:19:09.864
Kugeln. Diese blauen Kugeln stellen
jeweils die von LIGO, Würge und Khadra
00:19:09.864 --> 00:19:14.660
gemessenen schwarzen Löcher dar. Die Höhe
über der Querachse zeigt einfach an, wie
00:19:14.660 --> 00:19:19.015
schwer sie sind. Und man sieht es. Da gibt
es einige, die sind deutlich über 100
00:19:19.015 --> 00:19:23.121
Sonnenmassen schwer. Das schwerste, das in
der Mitte sich hier befindet. Da kann man
00:19:23.121 --> 00:19:26.250
sehen, dass es ungefähr 100 Sonnenmassen
schwer und dann gibt es da drunter noch
00:19:26.250 --> 00:19:30.398
einen Punkt, der auf einem Pfeil liegt.
Das ist so um die 80, ich glaube 60 60
00:19:30.398 --> 00:19:35.374
Sonnenmassen schwer. Also was das? Zwei
Schwarze Löcher. Die umrunden einander,
00:19:35.374 --> 00:19:39.269
berühren sich irgendwann, verschmelzen zu
einem neuen schwarzen Loch und das ist da
00:19:39.269 --> 00:19:43.050
dort dargestellt. Ich gehe einmal kurz
hier rüber in das Fenster. Das ist also
00:19:43.050 --> 00:19:47.155
hier in der Mitte dieser dieser, dieses
schwarze Loch bei 60 Sonnenmassen, da
00:19:47.155 --> 00:19:51.504
drüber als knappe 100 Sonnenmassen. Und
die verschmelzen dann zu einem von 160
00:19:51.504 --> 00:19:55.379
Sonnenmassen ungefähr. Und das ist so ein
typisches Signal, was wir sehen. Und von
00:19:55.379 --> 00:19:59.442
diesem Verschmelzen mit Schwarzen Löchern
haben wir 90 Stück gesehen. Dass das
00:19:59.442 --> 00:20:04.488
bedeutet haben eben viele verschmelzen
schwarze Löcher gesehen, das ist das das
00:20:04.488 --> 00:20:08.561
Haupt, die Hauobjekte, die wir entdecken.
Dann sieht man unten noch orange Kugel,
00:20:08.561 --> 00:20:11.642
die bei niedrigeren Massen sich befinden.
Das sind diese sogenannten
00:20:11.642 --> 00:20:15.522
Neutronensterne, die alle eben so maximal
2 Sonnenmassen schwer sind. Da sieht man
00:20:15.522 --> 00:20:19.771
auch 2 Verschmelzung von Neutronenstern
mit Neutronenstern zu. Wir wissen es nicht
00:20:19.771 --> 00:20:23.563
genau, wahrscheinlich schwarzen Löchern
und es gibt auch ein paar Objekte, wo eben
00:20:23.563 --> 00:20:27.211
diese Kombination von schwarzem Loch und
Neutronenstern zusammenkommt. Die roten
00:20:27.211 --> 00:20:31.442
und die gelben Punkte sind vorher bekannte
Schwarze Löcher und Neutronensterne aus
00:20:31.442 --> 00:20:35.344
anderen indirekten Beobachtungen im Fall
der Schwarzen Löcher. Aus all diesen
00:20:35.344 --> 00:20:38.511
Beobachtung können wir jetzt schließen,
dass sie nur ganz kurz bevor Sie
00:20:38.511 --> 00:20:41.674
vielleicht an Highlights angucken wollen.
Das eine, was wir gelernt haben, ist
00:20:41.674 --> 00:20:45.873
Einstein hatte auch mal Unrecht. Einstein
hat nämlich zeit seines Lebens bezweifelt,
00:20:45.873 --> 00:20:50.461
dass diese Lösung seine Allgemeine
Relativitätstheorie, die Schwarze Löcher
00:20:50.461 --> 00:20:54.630
sind, in der Natur existieren wird. Das
kann nicht sein. Es entsteht nicht durch
00:20:54.630 --> 00:20:58.028
Papers geschrieben und argumentiert. Die
Natur wird so die Entstehung von diesen
00:20:58.028 --> 00:21:01.650
Objekten nicht erlauben. Jetzt sehen wir
Dinge, die sich so verhalten wie schwarze
00:21:01.650 --> 00:21:05.347
Löcher, also Datum Unrecht gehabt. Er hat
natürlich wieder recht gehabt, weil seine
00:21:05.347 --> 00:21:09.261
Relativitätstheorie die Gravitationswellen
beschreibt. Also wir wissen, dass die
00:21:09.261 --> 00:21:13.223
Gravitationswellen sehr exakt von seiner
Theorie beschrieben werden, was wieder so
00:21:13.223 --> 00:21:16.567
ein bisschen langweilig ist, weil man sich
erhofft hatte, vielleicht irgendwo Ansätze
00:21:16.567 --> 00:21:19.768
zu finden, wo die Relativitätstheorie da
nicht stimmt, weil wir wissen, es ist
00:21:19.768 --> 00:21:23.878
nicht der Weisheit letzter Schluss. Wir
können die Eigenschaften Schwarzer Löcher
00:21:23.878 --> 00:21:28.429
direkt messen, zum Beispiel ihre Massen,
aber auch ihre Spins in einigen Fällen und
00:21:28.429 --> 00:21:32.554
können uns einen Überblick verschaffen
darüber. Zum Beispiel, wie sieht denn die
00:21:32.554 --> 00:21:35.376
typische Population von Verschmelzen
Schwarzen Löchern aus? Wie schwer sind
00:21:35.376 --> 00:21:38.744
die? Wie schnell drehen sie sich
umeinander, welche Massenverhältnisse gibt
00:21:38.744 --> 00:21:42.428
es dann usw.. Und das sind so die groben
Dinge, die man aus der ganzen
00:21:42.428 --> 00:21:46.753
Populationsgeschichte machen kann. Wie das
im Typischen funktioniert, will ich ein
00:21:46.753 --> 00:21:52.110
paar Beispiele zeigen. Signale haben bei
uns immer ein relativ unspektakulär Namen,
00:21:52.110 --> 00:21:57.450
die heißen an so was wie GW150914, das ist
einfach die Gravitationswelle oder eben
00:21:57.450 --> 00:22:02.097
Gravitation Wave aus dem Jahr 2015. Die
ersten beiden Ziffern dem neunten Monat
00:22:02.097 --> 00:22:05.640
und dem 14. Tag, also die
Gravitationswelle, die man am 14. 9. 2015
00:22:05.640 --> 00:22:10.048
gemessen hat. Das war auch das allererste
Signal, das man gesehen hat und das, was
00:22:10.048 --> 00:22:14.547
die Detektoren dann tatsächlich messen,
das sind hier nur ganz wenig bearbeitete
00:22:14.547 --> 00:22:18.740
Rohdaten. Das kann man hier sehen. Das
sind beides Zeitreihen, die jeweils
00:22:18.740 --> 00:22:23.235
ungefähr 0,2 Sekunden der Daten zeigen.
Links in Rot, die Daten von dem einen,
00:22:23.235 --> 00:22:27.566
LIGO Detektoren rechts in Blau, die Daten
von dem anderen LIGO Detektoren. Die
00:22:27.566 --> 00:22:31.616
Hochachse zeigt hier die Stärke der
Gravitationswellen in Einheiten von diesen
00:22:31.616 --> 00:22:35.701
zehn auch minus 21 und wir können bei der
roten Kurve das angucken. Die fängt so bei
00:22:35.701 --> 00:22:39.274
0,3 Sekunden. Ungefähr sieht man, dass
sich das so langsam so eine Welle aufbaut.
00:22:39.274 --> 00:22:43.328
Und diese Welle wird in der Amplitude
höher und in der Frequenz höher bis zu
00:22:43.328 --> 00:22:47.876
ungefähr 0,43 Sekunden, dann hört es auf.
Wenn man sich das anhört, ist das so eine
00:22:47.876 --> 00:22:51.520
macht einen "uap" laut. Und dieses
typische Geräusch, das ist das, was man
00:22:51.520 --> 00:22:54.705
Verschmelzen von Objekten bekommt. Die
Objekte umrunden einander, geben
00:22:54.705 --> 00:22:57.825
Gravitationswellen ab, kommen einander
immer näher und näher, umrunden einander
00:22:57.825 --> 00:23:00.771
immer schneller. Die Beschleunigung wird
größer, die Gravitationswelle wird lauter
00:23:00.771 --> 00:23:03.682
und irgendwann berühren die sich und
verschmelzen zu einem neuen Objekt, das
00:23:03.682 --> 00:23:07.815
alleine keine Gravitationswellen abgibt.
Das Signal hört auf. Wenn man mit beiden
00:23:07.815 --> 00:23:11.952
Detektoren identisch sieht und das zeigt
die blaue Messung sozusagen von dem
00:23:11.952 --> 00:23:15.904
anderen Detektor rechts daneben. Das rote
ist noch mal ein bisschen gespiegelt,
00:23:15.904 --> 00:23:19.284
seitlich verschoben, drunter gelegt. Dann
weiß man Okay, das ist wahrscheinlich
00:23:19.284 --> 00:23:22.909
echt. Das wird statistisch ausgewertet,
inwieweit das tatsächlich zusammenhängt.
00:23:22.909 --> 00:23:27.089
Am Ende kann man aus dieser Form der Welle
dann schließen, was da passiert ist. Und
00:23:27.089 --> 00:23:31.174
zwar in diesem Fall weiß man, dass da zwei
Schwarze Löcher mit circa jeweils 30
00:23:31.174 --> 00:23:35.155
Sonnenmassen verschmolzen sind. Das kann
man auch demonstrieren. Da gibt es von
00:23:35.155 --> 00:23:38.532
LIGO so nette Online-Tools, wo man das
ausprobieren kann, wie zum Beispiel
00:23:38.532 --> 00:23:42.580
Wellen, wie zum Beispiel die Massen und
die Empfindlichkeit sich auswirken und an
00:23:42.580 --> 00:23:46.928
der URL, die ich unten eingeblendet habe,
kann man sich dann so ein Film angucken,
00:23:46.928 --> 00:23:50.433
wo man die Daten, das ist das Blaue mit
einer aus der Allgemeinen
00:23:50.433 --> 00:23:54.325
Relativitätstheorie berechneten Wellenform
vergleichen kann und kann jetzt an diesen
00:23:54.325 --> 00:23:58.360
Reglern hier rumspielen, einmal links die
Gesamtmasse und rechts die Entfernung, bis
00:23:58.360 --> 00:24:02.229
man meint, man hat eine gute
Übereinstimmung gefunden zwischen diesen
00:24:02.229 --> 00:24:06.001
beiden Größen, also zwischen der beide,
zwischen den beiden Kurven, die man dort
00:24:06.001 --> 00:24:08.954
sehen kann. Und da kann man es eben so
einstellen. Dann kommt man auf das, was
00:24:08.954 --> 00:24:12.583
ich ihm gesagt habe. Gesamtmasse so um 64
Sonnenmassen ungefähr. Empfindlichkeit
00:24:12.583 --> 00:24:16.305
kann man so auf ungefähr 1,3 Milliarden
Lichtjahre. Dann bekommt man eine relativ
00:24:16.305 --> 00:24:20.121
gute Übereinstimmung zwischen den beiden
Kurven, die natürlich noch das Detektoren
00:24:20.121 --> 00:24:23.926
schnell drauf haben und dem eigentlichen
und dem, also zwischen der theoretischen
00:24:23.926 --> 00:24:27.767
Kurve und dem gemessenen Signal. Und so
kann man ganz grob Eigenschaften messen.
00:24:27.767 --> 00:24:33.046
Der Spin würde die Form dann noch mal
anders verändern und so weiter. Man könnte
00:24:33.046 --> 00:24:37.618
jetzt den Eindruck bekommen, dass da
irgendwie nicht viel passiert, weil dieses
00:24:37.618 --> 00:24:41.470
Signal so unvorstellbar kleines ist, 10
hoch minus 21 das bedeutet haben wirklich
00:24:41.470 --> 00:24:45.216
gemessen, wie sich um den 1000 Atomkern
Durchmesser was bewegt hat in den
00:24:45.216 --> 00:24:49.136
Detektoren. Man kann sich aber angucken,
was da Energie in der Energie drinsteckt.
00:24:49.136 --> 00:24:52.502
Und dazu kann man sich angucken aus dem
Paper, was ist die Masse des ersten
00:24:52.502 --> 00:24:56.105
Schwarzen Lochs, was die Masse des
zweiten, zweiten Schwarzen Lochs und was
00:24:56.105 --> 00:24:59.610
unter Annahme, dass die
Relativitätstheorie stimmt, ist die Masse
00:24:59.610 --> 00:25:03.676
des entstandenen Final Black oder so
entstandenen Schwarzen Lochs. Sieht man,
00:25:03.676 --> 00:25:08.225
da fehlen scheinbar drei Sonnenmassen.
Diese drei Sonnenmassen fehlen natürlich
00:25:08.225 --> 00:25:12.703
nicht, die sind in Energie als
Gravitationswellen abgegeben worden. Das
00:25:12.703 --> 00:25:17.313
bedeutet aber, diese drei Sonnenmassen
werden mit E gleich M mal C Quadrat
00:25:17.313 --> 00:25:21.754
komplett in Gravitationswellen
umgewandelt. Das erfolgt im Wesentlichen
00:25:21.754 --> 00:25:25.644
in den letzten 0,2 Sekunden und das
temporäre der Vorgang mit der größten
00:25:25.644 --> 00:25:29.457
Leuchtkraft. Man sieht ja nichts im
gesamten Universum. Die Leistung ist in
00:25:29.457 --> 00:25:33.563
der Spitze 50 mal so hoch wie alle Sterne
des Universums, gleichzeitig aber eben
00:25:33.563 --> 00:25:38.481
vollkommen unsichtbar. Wir können es nur
mithilfe unserer Detektoren tatsächlich
00:25:38.481 --> 00:25:43.233
dann wahrnehmen. Man kann auch bestimmen,
woher das Ganze kam, weil wir zwei
00:25:43.233 --> 00:25:46.489
Detektoren mindestens haben. Das ist dann
so, wie wir mit unseren Ohren wahrnehmen
00:25:46.489 --> 00:25:50.196
können, von woher etwas kommt, kann man es
bei den Detektoren auch machen. Eine
00:25:50.196 --> 00:25:53.955
andere spannende Frage, auf die man neue
Antworten bekommen hat mit
00:25:53.955 --> 00:25:58.180
Gravitationswellen ist die, nach dem
Ursprung des Goldes im Universum. Also
00:25:58.180 --> 00:26:02.639
Gold spielt auf der Erde kulturell und
wirtschaftlich immer noch eine Rolle und
00:26:02.639 --> 00:26:08.214
man hat schon lange die Vermutung gehabt,
dass, Elemente wie Gold und Platin hier
00:26:08.214 --> 00:26:13.087
einmal umrundet, im Wesentlichen einen
Ursprung haben in verschmelzen
00:26:13.087 --> 00:26:16.295
Neutronenstern. Sie ist einfach das
Periodensystem der Elemente und wo die
00:26:16.295 --> 00:26:19.193
herkommen. Kurz nach dem Urknall gab es
nur diese bläulichen Dinge als im
00:26:19.193 --> 00:26:22.795
Wesentlichen Wasserstoff, Helium und
kleines bisschen Lithium. Sterne wie
00:26:22.795 --> 00:26:26.894
unsere Sonne die Massen haben Sterne
können dieses hellgelb erzeugen, dass es
00:26:26.894 --> 00:26:30.216
diese kleine Ecke unten bei Platin und
Gold, die man jetzt sieht. Aber der
00:26:30.216 --> 00:26:32.970
allergrößte Teil von den schweren
Elementen kommt tatsächlich aus den
00:26:32.970 --> 00:26:36.764
Verschmelzen und Neutronenstern. Das ist
dieses Dunkel Orange. Und das war bisher
00:26:36.764 --> 00:26:40.106
eine Theorie. Das kann man aber dann
verifizieren, indem man sich eben
00:26:40.106 --> 00:26:43.719
verschmelzen, Neutronensterne anguckt.
Verschmelzene Neutronensterne tun mehrere
00:26:43.719 --> 00:26:47.453
Dinge. Die geben zum einen zuallererst
Gravitationswellen ab, dann verschmelzen
00:26:47.453 --> 00:26:51.336
sie. Sie geben ein Gammastrahlen Blitz ab.
Das ist das Violette. Dann entsteht eine
00:26:51.336 --> 00:26:55.060
Explosionswolke, das ist dieses Bläuliche,
das jetzt langsam abkühlt aufgrund des
00:26:55.060 --> 00:26:58.355
radioaktiven Zerfalls. Und wenn man noch
ein bisschen wartet, kann man auch noch
00:26:58.355 --> 00:27:02.348
nach Leuchten sehen, wenn dieses Schloss
entsteht, mit dem Gas zwischen den Sternen
00:27:02.348 --> 00:27:06.570
zusammenstößt. Wenn man so etwas jetzt in
allen Details beobachten könnte, dann
00:27:06.570 --> 00:27:11.282
könnte man ja sehen, ob es tatsächlich
entsprechende Entstehung von schweren
00:27:11.282 --> 00:27:16.206
Elementen gibt. Und genau das kann man
tun. Und genau das ist gelungen. Man hat
00:27:16.206 --> 00:27:21.347
nämlich ein Gravitationswellensignal
gehabt am 17. 8. 2017 beobachtet von den
00:27:21.347 --> 00:27:27.168
LIGO Detektoren und dem Virgo Detektor, wo
man zum einen erst mal Gravitationswellen
00:27:27.168 --> 00:27:30.984
gefunden hat, die eindeutig sagen da
verschmelzen zwei Neutronensterne.
00:27:30.984 --> 00:27:35.604
Spannend ist jetzt, gibt es dazu passende
Gammastrahlenblitz und das ganze sieht man
00:27:35.604 --> 00:27:40.581
tatsächlich in dieser Darstellung. Die
Verschmelzung der Neutronensterne erfolgt
00:27:40.581 --> 00:27:45.141
jetzt und 1,7 Sekunden später gibt es eine
Nachweis von Gammastrahl von einem
00:27:45.141 --> 00:27:49.136
Satelliten namens Fermi, der die Erde
umrundet. Das könnte jetzt erst mal
00:27:49.136 --> 00:27:53.478
zufälliger Zusammenhang sein, aber man
kann eine himmlische Schatzkarte malen,
00:27:53.478 --> 00:27:57.602
die ungefähr so aussieht. Diese Kugel, die
man sieht, ist aus irdischer Sicht werden
00:27:57.602 --> 00:28:02.020
in der Mitte dieser Kugel und das Außenrum
wäre der gesamte Himmel sozusagen. Aus den
00:28:02.020 --> 00:28:06.310
LIGO und Virgo Daten kommt heraus, dass es
diese kleine dunkelgrüne Gurke, die mit
00:28:06.310 --> 00:28:10.270
LIGO Virgo markiert ist. Innerhalb dieses
Bereichs sind irgendwo die Neutronensterne
00:28:10.270 --> 00:28:15.310
verschmolzen, zumindest die, die wir mit
Gravitationswellen gemessen haben. Der die
00:28:15.310 --> 00:28:18.880
Fermi Beobachtung die eines anderen
Gammastrahlen Satelliten ist dieser
00:28:18.880 --> 00:28:22.570
Bereich, wo sich die beiden hellblauen und
dunkelblauen Bereiche überschneiden, der
00:28:22.570 --> 00:28:26.140
auch perfekt überlappt mit dem
Gravitationswellen Bereich. Das Beispiel
00:28:26.140 --> 00:28:29.290
der Gammastrahlen Blitz kam mit sehr sehr
großer Wahrscheinlichkeit tatsächlich von
00:28:29.290 --> 00:28:33.010
dieser Neutronenstern Verschmelzung. Diese
leichte Verzögerung, die man gesehen hat,
00:28:33.010 --> 00:28:36.550
liegt nicht daran, dass die
Gravitationswellen überlichtschnelle sind,
00:28:36.550 --> 00:28:39.490
sondern dass in dieser Explosion, die da
entsteht es einen Moment dauert, bis die
00:28:39.490 --> 00:28:43.765
Gammastrahlen durchbrechen. Was man jetzt
machen kann man kann die Entfernung
00:28:43.765 --> 00:28:48.070
Messung der Gravitationswellen kommt raus
so ungefähr 130 Millionen Lichtjahre in
00:28:48.070 --> 00:28:52.840
dem Fall verwenden und nach Galaxien
suchen und gucken, ob da irgendwo ein
00:28:52.840 --> 00:28:57.490
neuer Stern aufgetaucht ist, nämlich diese
Explosion Wolke. Das gelingt ungefähr elf
00:28:57.490 --> 00:29:00.970
Stunden später. Das sieht man rechts in
diesem Negativbild. Neben einer Galaxie,
00:29:00.970 --> 00:29:04.990
die ungefähr 130 Millionen Lichtjahre weg
ist, ist durch dieses Fadenkreuz markiert,
00:29:04.990 --> 00:29:09.460
ein neuer Stern aufgetaucht. Und dieser
neue Stern, das heißt ein Kilo Nova, das
00:29:09.460 --> 00:29:13.420
ist die Explosionwolke. Den kann man jetzt
beobachten. Und da gibt's jetzt hier einen
00:29:13.420 --> 00:29:16.450
Zeitraffer. Das ist jetzt eine
Darstellung, so wie das in echt Farbe
00:29:16.450 --> 00:29:21.220
ungefähr aussehen würde. Der gelbe Fall
ist rein montiert, der zeigt, wo gleich am
00:29:21.220 --> 00:29:25.030
Anfang jetzt nur die linke Seite angucken,
wo diese Kilo Nova auftaucht. Das ist ein
00:29:25.030 --> 00:29:27.730
altes Archivbild, da ist die Kilo Nova
dann noch nicht zu sehen. Dieser weiße
00:29:27.730 --> 00:29:32.080
Blob ist diese Galaxie, also ungefähr 100
Milliarden Sterne. Die meisten hellen
00:29:32.080 --> 00:29:35.050
Punkte sind irgendwie Fordergrund Sterne
und wir starten jetzt einfach mal den
00:29:35.050 --> 00:29:39.220
Zeitraffer und dann sieht man, daneben
taucht diese Explosion Wolke auf, ist am
00:29:39.220 --> 00:29:43.450
Anfang heiß und blau. Mit so vier, fünf
Tage danach kühlt sie sich schon sichtbar
00:29:43.450 --> 00:29:46.570
wird Licht schwächer und vor allem auch
rötlicher. Jetzt, so nach sieben Tagen,
00:29:46.570 --> 00:29:50.560
ist sie richtig schön tiefrot geworden.
Das bedeutet, es kühlt sich eben weiter ab
00:29:50.560 --> 00:29:54.250
und man kann das Ganze verfolgen über
längere Zeit. Und hier ist es so ungefähr
00:29:54.250 --> 00:29:58.260
nach elf Tagen bricht es ab. Man kann das
ein bisschen länger. Sie Auf der rechten
00:29:58.260 --> 00:30:01.980
Seite sieht man Spectra, also die
Energieverteilung über die
00:30:01.980 --> 00:30:07.350
Helligkeitsverteilung über die Farben,
dass dieses Spektrum hier ist links im
00:30:07.350 --> 00:30:11.340
sichtbaren Bereich, rechts aber irgendwie
tief im Infraroten. Was man aber sehen
00:30:11.340 --> 00:30:14.130
kann, ist, dass es da bestimmte Dellen
gibt. Also das ist nicht immer so eine
00:30:14.130 --> 00:30:17.610
schöne, gleichmäßige Kurve, sondern da
gibt es relativ charakteristische Dellen.
00:30:17.610 --> 00:30:22.800
So bei hier werden zwischen 0,8 und 1,0
und diese Dellen, die kommen von der
00:30:22.800 --> 00:30:26.580
Anwesenheit schwerer Elemente wie Gold und
Platin, die ein Teil des Lichtes
00:30:26.580 --> 00:30:31.470
absorbieren und verschlucken. Was wir am
Ende aus diesen Beobachtungen zusammen mit
00:30:31.470 --> 00:30:35.160
Computermodellen schließen können, ist das
Gold, Platin und Co eben tatsächlich im
00:30:35.160 --> 00:30:39.330
Wesentlichen aus Verschmelzen schmelzenden
Neutronensterne stammen. Das bedeutet
00:30:39.330 --> 00:30:43.890
aber, wenn jemand jetzt Goldschmuck trägt,
ist das mit allergrößter
00:30:43.890 --> 00:30:47.160
Wahrscheinlichkeit, Überrest von einer
Neutronenstern Verschmelzung, deren
00:30:47.160 --> 00:30:50.580
Überreste in die Urvolke unseres
Sonnensystems gekommen sind. Also wieder
00:30:50.580 --> 00:30:55.740
so eine schöne direkte Verbindung zum
Kosmos. Zum Abschluss noch ganz kurzen
00:30:55.740 --> 00:30:59.430
Überblick über ein paar Highlights, die
wir auch noch hatten. Ich kann natürlich
00:30:59.430 --> 00:31:02.850
nicht alle 90 Signale da durchsprechen,
aber es gibt so ein paar Dinge, die
00:31:02.850 --> 00:31:08.430
besonders auffällig waren. Und das eine
ist ein Signal vom. In 2019 gab es eine
00:31:08.430 --> 00:31:12.900
weitere Neutronenstern Verschmelzung im
Hintergrund künstlerische Darstellung, wo
00:31:12.900 --> 00:31:16.890
die Komponenten zusammen erstaunlich
schwer waren. Das könnte der erste Hinweis
00:31:16.890 --> 00:31:21.120
darauf sein, dass es Neutronenstern Paare
gibt, die insgesamt schwerer sind als die,
00:31:21.120 --> 00:31:25.170
die wir bisher kennen. Möglich. Wir werden
es nur dann wissen, wenn wir weiter
00:31:25.170 --> 00:31:28.440
beobachten und noch mehr solcher Signale
sehen. In dem Fall haben auch nur die
00:31:28.440 --> 00:31:35.430
Gravitationswellen gesiegt. Bis zum 12. 4.
2019 war es so, dass die Schwarzen Löcher,
00:31:35.430 --> 00:31:38.610
die wir gesehen hatten, immer sehr
ähnliche Massen hatten. Und wenn dieser
00:31:38.610 --> 00:31:43.350
ähnliche Massen haben, dann könnte man
jetzt erwarten, dass das fast immer so ist
00:31:43.350 --> 00:31:48.210
und am 12. 4. 2009 das erste Mal eins
gesehen, wo das schwere schwarze Loch
00:31:48.210 --> 00:31:51.750
dreieinhalb mal schwerer ist als das
leichte schwarze Loch. Das ist zum einen
00:31:51.750 --> 00:31:55.320
ein bisschen ungewöhnlicher, kommt aber
aus den Modellen auch raus. Erwarten wir.
00:31:55.320 --> 00:32:00.270
Was aber auch das Besondere ist, dass sich
dann in dem Signal nicht nur eine Frequenz
00:32:00.270 --> 00:32:03.570
von den Gravitationswellen zeigt, sondern
Obertöne wie bei Musikinstrumenten.
00:32:03.570 --> 00:32:06.000
Vorhersage aus der Allgemeinen
Relativitätstheorie kann man auch hier
00:32:06.000 --> 00:32:12.000
einen Haken dran machen. Am 14. 8. 2016
gab es eine rätselhafte Verschmelzung
00:32:12.000 --> 00:32:17.400
richtig mittelschwer schwarzes Loch, so 23
mal so schwer wie unsere Sonne ist mit
00:32:17.400 --> 00:32:20.610
einem neunmal so leichten Objekt
verschmolzen. Das könnte entweder das
00:32:20.610 --> 00:32:24.090
schwerste schwarze Loch, das leichteste
schwarze Loch sein, das wir kennen, oder
00:32:24.090 --> 00:32:27.330
der schwerste Neutronenstern, den wir
kennen. Wir wissen nicht, was es ist. Wir
00:32:27.330 --> 00:32:30.780
können es auch nicht genau sagen anhand
der Gravitationswellen. Aber es wird noch
00:32:30.780 --> 00:32:32.970
mehr solcher Signale geben. Und daraus
kann man dann vielleicht irgendwann
00:32:32.970 --> 00:32:36.600
lernen, wie schwer so Neutronenstern
werden kann, bevor zum Schwarzen Loch
00:32:36.600 --> 00:32:42.720
wird. Das wissen wir nämlich nicht. Und
wir haben am 21. Oktober 2019 die Geburt
00:32:42.720 --> 00:32:45.000
eines sogenannten mittelschweren Schwarzen
Lochs entdeckt. Das ist ein bisschen
00:32:45.000 --> 00:32:49.380
verwirrend vom Namen her. Mittelschwer
alles, was schwerer als 100 Sonnenmassen
00:32:49.380 --> 00:32:51.750
ist. Also eigentlich sehr schwere Schwarze
Löcher. Aber es gibt ja auch noch die
00:32:51.750 --> 00:32:56.670
extrem schweren, die über 100000
Sonnenmassen und diese zwischen 100 und
00:32:56.670 --> 00:32:59.070
hunderttausend Sonnenmassen. Da wussten
wir bisher nicht, ob es die wirklich gibt.
00:32:59.070 --> 00:33:03.060
Es gab indirekte Hinweise, da haben wir
jetzt tatsächlich den eindeutigen Hinweis
00:33:03.060 --> 00:33:05.730
gesehen, es gibt es und wir haben es die
Entstehung gesehen aus zwei schwarzen
00:33:05.730 --> 00:33:10.410
Löchern. Als allerletztes noch der
Hinweis: Wie kann ich, wie könnt ihr
00:33:10.410 --> 00:33:14.175
mitmachen, wenn euch das Ganze irgendwie
interessiert? Gibt es zwei Sachen linker
00:33:14.175 --> 00:33:18.120
Hand? Einmal Wir betreiben am Institut
Einstein at home. Es ist ein verteiltes
00:33:18.120 --> 00:33:22.020
freiwilliges rechen Projekt, wo man auf
seinen Rechnern, aber auch Smartphones
00:33:22.020 --> 00:33:26.070
Rechenzeit zur Verfügung stellen kann.
Entweder wenn die gerade nicht aktiv
00:33:26.070 --> 00:33:30.060
genutzt sind oder auch sonst
währenddessen, um nach Neutronenstern zu
00:33:30.060 --> 00:33:33.120
suchen. Da gibt es verschiedene Suchen.
Die Hauptsache ist die nach
00:33:33.120 --> 00:33:37.050
Gravitationswellen von einzelnen
Neutronenstern, die sich drehende leichte
00:33:37.050 --> 00:33:40.260
Beule haben und dabei leise sogenannte
kontinuierliche Gravitationswellen
00:33:40.260 --> 00:33:44.010
abgeben. Wir suchen aber auch nach
Radiowellen und Gammastrahlen von diesen
00:33:44.010 --> 00:33:47.670
Neutronenstern und haben bisher über die
Radiowellen und Gammastrahlen mehr als 80
00:33:47.670 --> 00:33:51.600
neue Neutronensterne entdeckt. Im
Vergleich zu den 3000 insgesamt, die man
00:33:51.600 --> 00:33:54.930
kennt, ist das schon ganz ordentliche
Anteil. Die Gravitationswellen von diesen
00:33:54.930 --> 00:33:57.990
Objekten, das ist noch offen. Wer da
mitmachen will, findet unter
00:33:58.740 --> 00:34:03.450
Einstein@home.org mehr Infos. Das ganze
ist zum Teil auch Quelle offen und man
00:34:03.450 --> 00:34:06.330
kann da auch in diesen Code selber
reingucken. Und wenn da jemand
00:34:06.330 --> 00:34:09.990
Verbesserungen hat, sind wir natürlich
dafür immer offen. Das andere, wenn man
00:34:09.990 --> 00:34:15.390
mehr von der beobachtenden Seite kommt. Es
gibt eine App namens Chop. Die URL steht
00:34:15.390 --> 00:34:19.260
da unten. Da wird man in dem nächsten
Beobachtungslauf, der so Ende 2022
00:34:19.260 --> 00:34:23.460
beginnen sollte, live darüber informiert,
wenn neue Gravitationswellen gefunden
00:34:23.460 --> 00:34:27.240
wurden und kann gegebenenfalls mit seinen
eigenen Teleskopen nachgucken, ob man denn
00:34:27.240 --> 00:34:31.200
da zum Beispiel ein Nachleuchten von
Verschmelze Neutronenstern sieht. Und das
00:34:31.200 --> 00:34:33.900
kann man auch über eine Website machen.
Das ganze da ist aber eine Implementation,
00:34:33.900 --> 00:34:38.490
dass man es eben dann hoffentlich ab 2022
auch mit Push Notifications auf sein Handy
00:34:38.490 --> 00:34:42.030
bekommt. Also das kann man sich natürlich
auch selber coden. Sodass man dann
00:34:42.030 --> 00:34:45.510
gegebenenfalls nachts aufstehen und
beobachten kann, wenn es da was zu sehen
00:34:45.510 --> 00:34:49.020
gibt. Ich bedanke mich schon mal für die
Aufmerksamkeit und hoffe wir haben noch
00:34:49.020 --> 00:34:49.732
ein paar Fragen.
00:34:49.732 --> 00:34:53.070
Herald: Haben wir. Ich möchte mich aber
erst mal auch im Namen des Chips für den
00:34:53.070 --> 00:34:56.430
extrem spannenden und verständlichen
Vortrag bedanken. Das haben mehrere hier
00:34:56.430 --> 00:35:00.420
gepostet. Ich gehöre auch dazu. Es war
wirklich ein sehr, sehr schöner Vortrag.
00:35:00.420 --> 00:35:01.582
Sehr verständlich erklärt.
Knispel: Danke.
00:35:01.582 --> 00:35:04.800
Herald: Wir haben sehr viele Fragen. Ich
werde probieren, einige davon hier
00:35:04.800 --> 00:35:09.420
loszuwerden. Die Entwickler. Wir hatten am
Anfang gleich einen Vergleich im dunklen
00:35:09.420 --> 00:35:13.440
Raum. Da kann man ja die Wahrnehmung des
Schales durch die Wano im des ist etwas
00:35:13.440 --> 00:35:16.440
über die Geometrie des Raumes erfahren.
Kann man das gleich jetzt auch für
00:35:16.440 --> 00:35:19.980
Gravitationswellen sagen? Und wenn ja, was
verraten Sie über den Raum Geometrie?
00:35:19.980 --> 00:35:23.880
Knispel: Okay, also die Idee ist, wenn ich
jetzt in dem Raum bin und etwas höre, dann
00:35:23.880 --> 00:35:28.260
kann ich daraus verstehen, wie der Raum,
wie groß der Raum ist oder so was. Ja, man
00:35:28.260 --> 00:35:32.250
kann. Es gibt spezielle Fälle, Fälle, wo
das geht. Das was einige wahrscheinlich
00:35:32.250 --> 00:35:35.430
kennen, ist das Licht von Massen.
Abgelenkt wird durch sogenannte
00:35:35.430 --> 00:35:40.200
Gravitationslinsen und dieser
Gravitationslinsen Effekt. Der gilt auch
00:35:40.200 --> 00:35:44.310
für Gravitationswellen. Das bedeutet, wenn
ich zum Beispiel zwischen mir und meiner
00:35:44.310 --> 00:35:48.030
Gravitationswellen Quelle hier irgendwie
im Weg ein schweres Objekt habe, dann wird
00:35:48.030 --> 00:35:51.210
die Gravitationswellen einmal herumfliegen
und einmal darum fliegen und
00:35:51.210 --> 00:35:54.510
gegebenenfalls unterschiedlich lange
brauchen. Und das kann man nutzen, um die
00:35:54.510 --> 00:35:58.650
Masse in der Mitte zu bestimmen. Das ist
jetzt bei Gravitationswellen noch nicht
00:35:58.650 --> 00:36:02.850
der Fall, weil wir die eben nur ab und an
sehen. So alle fünf Tage ungefähr derzeit.
00:36:02.850 --> 00:36:08.400
Aber im Prinzip kann man zumindest über
diese direkte Sichtlinie, was erfahren.
00:36:08.400 --> 00:36:12.780
Über die Gesamtstruktur des Raumes kann
man auch ein bisschen was erfahren, weil
00:36:12.780 --> 00:36:15.930
man Kosmologie mit den Gravitationswellen
machen kann. Man kann zum Beispiel
00:36:15.930 --> 00:36:20.550
bestimmen, wie schnell sich das Universum
ausdehnt. Das ist auch dann ein Maß für
00:36:20.550 --> 00:36:24.930
die Geometrie des gesamten Universums. Das
ist eine neue unabhängige Messung, die
00:36:24.930 --> 00:36:27.390
jetzt noch nicht so genau ist wie die
anderen, die wir haben. Aber man kann
00:36:27.390 --> 00:36:30.600
prinzipiell Kosmologie machen, kann die
Hubble Konstante bestimmen und die kommt
00:36:30.600 --> 00:36:34.830
zumindest mit großer Ungenauigkeit noch da
in dem Bereich raus, wo man sie erwartet.
00:36:34.830 --> 00:36:37.320
Da ist jetzt noch keine Überraschung, aber
auch noch nichts ganz Neues sozusagen.
00:36:37.320 --> 00:36:41.190
Also nichts überraschend Falsches, aber
auch nichts überraschend ganz Neues zu
00:36:41.190 --> 00:36:43.830
finden.
Herald: Okay, wie viele Eigenschaften hat
00:36:43.830 --> 00:36:46.650
denn seine Neutronenstern zusätzlich im
Vergleich zum Schwarzen Loch?
00:36:46.650 --> 00:36:50.340
Knispel: Ja, das ist eine sehr gute Frage.
Das wissen wir leider nicht, weil wir
00:36:50.340 --> 00:36:54.210
nämlich gar nicht genau wissen, wie so
Neutronenstern im Inneren aussieht. Ich
00:36:54.210 --> 00:36:58.530
habe es gesagt ganz grob ist so, Materie
wie bei Neutronen, weil bei Atomkern
00:36:58.530 --> 00:37:03.510
dichten. Ganz grob gesprochen verändert
sich das aber im Innern auch. Und was man
00:37:03.510 --> 00:37:08.070
weiß, ist oben eine ganz Millimeter oder
Zentimeter dicke Atmosphäre, die
00:37:08.070 --> 00:37:10.830
Elektronen enthalten zum Beispiel kann,
dann gibt es da drunter und eine Kruste,
00:37:10.830 --> 00:37:15.180
wo vielleicht auch noch schwere Atomkerne
drin sind. Aber je weiter man nach innen
00:37:15.180 --> 00:37:18.570
kommt, desto mehr Reihen
Neutronensüppicker wird es deswegen heißen
00:37:18.570 --> 00:37:21.870
die Dinger auch Neutronensterne, weil im
Wesentlichen halt fast nichts außer
00:37:21.870 --> 00:37:26.880
Neutronen übrig bleibt. Und dieser Kern
Implosion. Aber wie das im Detail ist im
00:37:26.880 --> 00:37:30.270
Innern vielleicht noch irgendwie exotische
Materie, die aus Quarks oder sowas
00:37:30.270 --> 00:37:34.920
besteht. Nur das wissen wir nicht. Und
deswegen am Ende gibt es umso
00:37:34.920 --> 00:37:39.330
Neutronenstern zu beschreiben beliebig
viele sogenannte Zustandsgleichung, die
00:37:39.330 --> 00:37:42.300
mir sagen, wenn da so und so viel Druck
und diese Temperatur ist, dann ist das
00:37:42.300 --> 00:37:46.890
Ding so und so groß und bei der und der
Masse und, da die unbekannt ist, wissen
00:37:46.890 --> 00:37:50.790
wir es nicht. Und es gibt einfach im
Grunde genommen, wenn man will, unendlich
00:37:50.790 --> 00:37:54.180
viele Parameter, die man einstellen kann.
Aber das ist genau der Trick. Wenn ich
00:37:54.180 --> 00:37:57.690
jetzt mit Gravitationswellen sagen kann,
das Ding war genau so schwer und so groß
00:37:57.690 --> 00:38:00.960
oder hat sich das kann ich nämlich dann
idealerweise sehen, so und so verformt
00:38:00.960 --> 00:38:05.280
durch die Gezeitenkräfte von seinem
Partner Objekt, dann kann ich was über die
00:38:05.280 --> 00:38:08.820
Zustandsgleichung lernen und das geht in
Einzelfällen schon. Das haben Kollegen bei
00:38:08.820 --> 00:38:12.630
unserem Institut gemacht. Genau
ausgemessen, wie groß das Ding war, aller
00:38:12.630 --> 00:38:16.200
Wahrscheinlichkeit nach. Das hat natürlich
Federbealken, aber da sind im Prinzip eben
00:38:16.200 --> 00:38:19.440
beliebig viele Zusatz Parameter, weil wir
es nicht genau wissen. Es halt. Materie
00:38:19.440 --> 00:38:22.530
ist kein schwarzes Loch.
Herald: Okay, verstanden. Kann man
00:38:22.530 --> 00:38:25.380
theoretisch auch Gravitationswellen
Energie gewinnen? Ist das eine Idee?
00:38:25.380 --> 00:38:31.350
Knispel: Theoretisch ja, weil sie
natürlich bisschen wechselwirken, sonst
00:38:31.350 --> 00:38:34.260
kennen wir sie ja nicht wahrnehmen. Aber
das Problem ist, dass die eben so gering
00:38:34.260 --> 00:38:38.640
an die Materie koppeln, dass das einfach
nicht praktikabel ist. Also man sieht ja,
00:38:38.640 --> 00:38:41.490
was man für einen Aufwand treiben muss, um
dieses winzige Bewegen da irgendwie
00:38:41.490 --> 00:38:45.930
wahrzunehmen. Ein Prinzip hinterlassen die
Energie in der Erde, sonst könnte man sie
00:38:45.930 --> 00:38:48.870
ja nicht wahrnehmen. Aber das sind. Ich
weiß nicht, wenn so eine Gravitationswelle
00:38:48.870 --> 00:38:52.260
durchläuft. Ich glaube, es war im Bereich
Djul oder so was. Es lohnt sich nicht.
00:38:52.260 --> 00:38:56.970
Herald: Also die Forschung weiter nutzen?
Knispel: Ja, genau, um unser Universum
00:38:56.970 --> 00:38:59.430
besser wahrzunehmen. Aber als
Energiequelle. Ja, wenn ich jetzt
00:38:59.430 --> 00:39:03.870
irgendwie mit Science Fiction
Zivilisationen auf drei Skala oder sowas
00:39:03.870 --> 00:39:06.210
vorstelle, vielleicht, aber die können
auch einfach Gravitationswellen machen.
00:39:06.210 --> 00:39:11.490
Herald: Also verstanden. Ich habe eine
Frage zur Messung und wie man das misst.
00:39:11.490 --> 00:39:13.560
Kann man theoretisch durch die
Verlängerung der Wegstrecke die
00:39:13.560 --> 00:39:16.470
Genauigkeit erhöhen? Und gibt es da ein
theoretisches theoretisches Maximum der
00:39:16.470 --> 00:39:21.720
Genauigkeit? Ja, man kann das machen. Das
Problem ist am Ende, wenn man es zu lang
00:39:21.720 --> 00:39:24.660
macht. Man verlängert die Strecken jetzt
schon. Das habe ich nicht gesagt durch
00:39:24.660 --> 00:39:27.690
einen Trick, indem man das Licht nicht
einfach einmal durch den Arm laufen lässt,
00:39:27.690 --> 00:39:31.020
hin und zurück, sondern man bringt da so
einen Resonator. Nennt sich das an als
00:39:31.020 --> 00:39:35.010
eine Lichtfalle, wenn man will oder
Lichtspeicher, wo das Licht dann tausend
00:39:35.010 --> 00:39:38.130
Mal oder ein paar Hundert Mal hin und her
läuft und dadurch länger Zeit hat mit der
00:39:38.130 --> 00:39:41.730
Gravitationswelle Wechsel zu wirken. Das
Problem welches zu lange mache unsere
00:39:41.730 --> 00:39:45.000
Gravitationswellen macht ja so mit dem
Arm. Ganz grob gesprochen wird es zu lang
00:39:45.000 --> 00:39:48.270
mache, dann macht die Gravitationswelle
halt einmal hin und zurück komplett
00:39:48.270 --> 00:39:51.480
während das Licht drin ist und am Ende
mäßig deutlich weniger, weil ich halt
00:39:51.480 --> 00:39:55.290
schon wieder den Teil messe, wo der Arm
schon wieder Entstreckt, sozusagen. Ich
00:39:55.290 --> 00:39:59.940
will ja die maximale Bewegung sozusagen
messen. Das wird, man kann das steigern am
00:39:59.940 --> 00:40:03.660
Ende. Das Andere, was noch dazu kommt ist,
dass man wie in der Elektrodynamik eine
00:40:03.660 --> 00:40:07.620
Antenne braucht, die ungefähr in der Länge
der Wellenlänge ist, der
00:40:07.620 --> 00:40:11.490
Gravitationswellen, die ich messen will.
Oder kürzer, je nachdem, wie man das dann
00:40:11.490 --> 00:40:14.310
betreibt. Aber eben nicht sehr viel länger
als die Wellenlänge, weil sich sonst die
00:40:14.310 --> 00:40:17.745
die Welle sozusagen aufhebt. Und dann
bekomme ich in niedrige Frequenzen, wenn
00:40:17.745 --> 00:40:20.580
ich riesige Detektoren brauche. Das habe
ich nicht angesprochen. Es gibt natürlich
00:40:20.580 --> 00:40:23.280
Gravitationswellen bei sehr niedriger
Frequenz, wo ich sehr schwere Objekte
00:40:23.280 --> 00:40:26.310
bewegen und dafür brauche ich große
Detektoren. Da gibt es im Weltraum
00:40:26.310 --> 00:40:30.240
Detektoren. Lisa, der so in den 2000 30er
Jahren fliegen soll, da sind die Strecken
00:40:30.240 --> 00:40:32.250
dann im Weltall und Millionen Kilometer
lang.
00:40:32.250 --> 00:40:35.230
Herald: Super! Das beantwortet sich gleich
die nächste Frage, nämlich Welche
00:40:35.230 --> 00:40:37.291
Wellenlänge haben diese Laser? Ich würde
...
00:40:37.291 --> 00:40:40.526
Knispel: Also die Laser haben, das habe
ich noch nicht gesagt. 1024 Nanometer.
00:40:40.526 --> 00:40:44.680
Herald: Okay, super. Wir haben also die
Frage Wie wird beim Messen und verhindert
00:40:44.680 --> 00:40:47.950
das minimale Änderung der Spiegelposition
den Laser verfälschen? Das heißt, wenn
00:40:47.950 --> 00:40:49.810
jetzt das Erschütterung ist oder sonst
irgendwas.
00:40:49.810 --> 00:40:54.100
Knispel: Die Spiegel sind von der Seismig
des Bodens abgehängt, die hängen an
00:40:54.100 --> 00:40:58.060
mehrfach pendeln. Das bedeutet, man hat am
Ende irgendein Vakuum. Das Ganze ist auch
00:40:58.060 --> 00:41:02.230
in einem Vakuum. Dieses Vakuum steht auf
dem Boden, ist dann irgendwie passiv und
00:41:02.230 --> 00:41:05.920
aktiv gedämpft. Schon mal als solches. Und
dann hängt. Einem an einem dreifach
00:41:05.920 --> 00:41:09.910
Pendel, also von der Decke hängt ein
Pendel runter, da ist eine Zwischenwand
00:41:09.910 --> 00:41:14.230
oder noch ein Pendel noch dazwischen und
ganz unten hängt der Spiegel, und diese 3
00:41:14.230 --> 00:41:17.980
bis 4 fach Pendel je nach Detektor sorgen
dafür, dass horizontale Bewegung, aber
00:41:17.980 --> 00:41:22.210
auch vertikale Bewegung des Bodens um den
Faktor von 10 Milliarden oder mehr
00:41:22.210 --> 00:41:25.360
gedämpft werden, so dass am Ende der
Spiegel wirklich bei den Frequenzen, die
00:41:25.360 --> 00:41:29.620
uns interessieren, still hängt. Und
tatsächlich auf diesen 10 hoch -18 Metern
00:41:29.620 --> 00:41:32.290
und am Ende muss aber natürlich das aktiv
dahin gefahren werden, das dann auch
00:41:32.290 --> 00:41:34.120
bleibt.
Herald: Also eine schöne Ingenieurswesen.
00:41:34.120 --> 00:41:36.190
Knispel: Genau.
Herald: Du hattest einen Kommentar
00:41:36.190 --> 00:41:39.220
abgegeben zur Relativitätstheorie. Wir
haben eine Frage hier Wo greift diese
00:41:39.220 --> 00:41:42.070
nicht? Wo versagt sie? Ist es die
Unvereinbarkeit mit der Quantentheorie?
00:41:42.070 --> 00:41:45.460
Knispel: Ja, das ist einer der Punkte.
Also beim Schwarzen Loch haben wir ja
00:41:45.460 --> 00:41:49.780
diese prinzipiell unendlich kleine
Singularität, die, wo die gesamte Masse
00:41:49.780 --> 00:41:52.780
auf einen kleinen Punkt ist. Das
widerspricht der Quantenmechanik. Es geht
00:41:52.780 --> 00:41:55.810
halt nicht. Da kann ich nicht unendlich
viel Masse auf. Kann also nicht endlich
00:41:55.810 --> 00:41:58.660
jemand auf einen kleinen Punkt zusammentun
mit einer unendlich hohen Masse Dichte?
00:41:58.660 --> 00:42:03.340
Das geht nicht. Die Relativitätstheorie
passt da einfach nicht zusammen. Es gibt
00:42:03.340 --> 00:42:06.460
auch andere Dinge, die am Ereignishorizont
passieren, die dann mit dieser Vernichtung
00:42:06.460 --> 00:42:10.240
von der Information zusammenhängen, die
auch noch den Widerspruch zur
00:42:10.240 --> 00:42:14.440
Relativitätstheorie darstellen. Also
Quantenmechanik darstellen. Und das wären
00:42:14.440 --> 00:42:17.350
so die Punkte, weswegen man dachte: Okay,
vielleicht sehen wir an Schwarzen Löchern
00:42:17.350 --> 00:42:20.620
die ersten Widersprüche zur
Relativitätstheorie. Die Tatsache, dass
00:42:20.620 --> 00:42:23.860
bis jetzt noch nicht geschehen ist, heißt
nichts, weil wir einfach teilweise noch
00:42:23.860 --> 00:42:27.220
nicht genau genug messen können. Da könnte
es in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten
00:42:27.220 --> 00:42:30.359
tatsächlich dann was geben. Aber es ist im
Wesentlichen immer die Quantenmechanik,
00:42:30.359 --> 00:42:32.170
die uns da reinfunkt.
Herald: Ja, das bringe ich gleich zur
00:42:32.170 --> 00:42:36.460
nächsten Frage: Welche bahnbrechenden
Erkenntnisse erhoffst du dir oder team ihr
00:42:36.460 --> 00:42:37.570
euch in den nächsten Jahren oder
Jahrzehnten?
00:42:37.570 --> 00:42:40.970
Knispel: Genau das vielleicht an der
Stelle, wie es euch gesagt hat. Team ist
00:42:40.970 --> 00:42:46.010
an der Stelle weltweite Gruppe von rund
1700 aktuell Forscherinnen und Forschern,
00:42:46.010 --> 00:42:48.950
die an den Detektoren, an der
Datenanalyse, an allen möglichen Aspekten
00:42:49.850 --> 00:42:53.600
dieses, dieses, dieses Themas forschen.
Generell geht es erst mal darum, dass wir
00:42:53.600 --> 00:42:56.000
jetzt sozusagen das weitermachen, was
schon angesprochen hat Wir machen mehr
00:42:56.000 --> 00:42:59.660
Astronomie. Wir wollen aber auch
Astronomie zusammen mit anderen Astronomen
00:42:59.660 --> 00:43:03.260
und Astronomen machen. Das, was jetzt an
einem Fall gut gemacht haben, wo wir eben
00:43:03.260 --> 00:43:07.430
die Neutronenstern, etwas gesehen haben.
Das wird regelmäßiger werden. Aber am Ende
00:43:07.430 --> 00:43:11.030
ist zum Beispiel ein großer Durchbruch.
Wäre jetzt mit Einstein womöglich diese
00:43:11.030 --> 00:43:15.140
kontinuierlichen Gravitationswellen, also
ein Neutronenstern, dann kein Hubble hat,
00:43:15.140 --> 00:43:19.100
den rotierend herum schleudert? Das wäre
ein guter Hebel, um was über
00:43:19.100 --> 00:43:22.550
Neutronenstern zum Beispiel zu lernen. Und
das wäre wirklich ein Durchbruch, weil man
00:43:22.550 --> 00:43:26.510
da eben noch nicht so viel weiß, oder eben
wirklich gesehen in unser Signal.
00:43:26.510 --> 00:43:29.030
Irgendwelche Abweichungen, die, die sich
nicht mit Allgemeine Relativitätstheorie
00:43:29.030 --> 00:43:32.750
erklären lassen. Und dann haben wir
wirklich einen guten Ansatzpunkten. Hebel,
00:43:32.750 --> 00:43:36.140
von wo aus man sagen könnte Okay,
vielleicht ist diese Version dann doch
00:43:36.140 --> 00:43:40.070
richtiger, oder diese Version, weil da
kann man jetzt nur spekulieren und
00:43:40.070 --> 00:43:43.850
vielleicht hören wir, das wäre super geil,
aber irgendwann aus der Frühzeit des
00:43:43.850 --> 00:43:47.870
Universums noch Signale, vielleicht eher
mit Lisa oder so, mit diesem Weltraum
00:43:47.870 --> 00:43:52.400
detektor, wo wir das gewissermaßen den
Nachhall des Urknalls sozusagen wahrnehmen
00:43:52.400 --> 00:43:55.910
können. Das wäre auch sehr spektakulär.
Herald: Sehr gut, das wäre natürlich
00:43:55.910 --> 00:44:00.410
richtig. Ich habe tatsächlich eine letzte
Frage, bevor wir in die extended Q&A
00:44:00.410 --> 00:44:03.830
gehen: Ich picke jetzt mal eine, sind doch
sehr viele da. Tatsächlich. Und zwar
00:44:03.830 --> 00:44:06.380
Schwarze Löcher sind da nicht so häufig.
Wie kann es dann passieren, dass ich zwei
00:44:06.380 --> 00:44:09.500
zufällig treffen?
Knispel: Es ist richtig, die sind
00:44:09.500 --> 00:44:12.230
prinzipiell gibt es ja nicht so viele,
aber die treffen sich nicht zufällig,
00:44:12.230 --> 00:44:14.960
sondern die sind schon vorher als
Doppelstern System entstanden, als eine
00:44:14.960 --> 00:44:18.920
Möglichkeit das Bild entstehen vorher als
Sternensystem und diese Sternensystem, da
00:44:18.920 --> 00:44:21.440
macht einer irgendwann Supernova wird zum
schwarzen Loch, das andere macht Supernova
00:44:21.440 --> 00:44:23.870
wird zum schwarzen Loch. Oder es gibt
Phasen, wo die sich gegenseitig
00:44:23.870 --> 00:44:26.150
überlappen, sodass am Ende zwei schwarze
Löcher entstehen, die schon umeinander
00:44:26.150 --> 00:44:31.310
kreisen. Bin ich fertig? Das andere ist
die Möglichkeit, dass die einzelnen
00:44:31.310 --> 00:44:35.510
schwarzen Löcher sind, die aber in sehr
dichten Sternumgebungen rumlaufen, also
00:44:35.510 --> 00:44:39.560
z.B. sogenannten Kugelsternhaufen. Und da
dann zum Beispiel ein schwarzes Loch mit
00:44:39.560 --> 00:44:42.740
einem Stern ist, kommt ein schwarzes Loch
vorbei, kickt den einen Stern raus und
00:44:42.740 --> 00:44:45.920
dann habe ich auch ein Doppelstern System.
Das sind auch Fragen, die wir anhand der
00:44:45.920 --> 00:44:48.770
Gravitationswellen bei der Verschmelzung
beantworten können. Wie diese Systeme
00:44:48.770 --> 00:44:51.410
entstanden sind, können wir jetzt noch
nicht, aber in Zukunft dann, wenn wir
00:44:51.410 --> 00:44:53.520
genauer messen.
Herald: Okay, ich bin sehr gespannt, was
00:44:53.520 --> 00:44:56.910
für euch im nächsten Jahr noch rauskommt.
Ich sage es vielen lieben Dank, alles
00:44:56.910 --> 00:44:59.880
Gute. Eine weitere Forschung und wie
gesagt, ich möchte es gibt die Möglichkeit
00:44:59.880 --> 00:45:02.490
da selber was zu tun. Danke noch mal für
eine Zeit.
00:45:02.490 --> 00:45:07.829
Knispel: Sehr gern.
00:45:07.829 --> 00:45:15.850
*rc3 Nachspannmusik.
00:45:15.850 --> 00:45:23.000
Untertitel erstellt von c3subtitles.de
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