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Astronomie mit Gravitationswellen

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    rc3 Vorspannmusik
    [Füller, bitte entfernen]
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    Herald: Wir haben unseren allerletzten
    Astro-talk heute und nachdem wir jetzt
  • 0:13 - 0:17
    relativ viel über Bilder hatten, machen
    wir das Ganze mit dem Universum erforschen
  • 0:17 - 0:21
    heute mal anders und zwar über Sound und
    somit Gravitationswellen. Jemand der sich
  • 0:21 - 0:25
    damit wirklich gut auskennt ist der
    Benjamin Knispel. Denn sein
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    Lieblingsstelle sind Neutronensterne und
    er hat auch schon ein paar davon entdeckt
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    und er hat auch im Bereich Pulsaren und
    Gravitationswellen geforscht. Ich würde
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    sagen, du bist der, der bestenfalls sagen
    kann, wie man so was genau macht.
  • 0:36 - 0:38
    Benjamin, wir sind mega gespannt.
    [Füller, bitte entfernen]
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    Benjamin: Alles klar? Vielen Dank für die
    nette Einführung. Moin hier aus dem Norden
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    von Hannover, wo ich euch einen Überblick
    geben will über Astronomie mit
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    Gravitationswellen. Wer das Abstract
    gelesen hat weiß. Das ist ein ganz
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    aktuelles Thema. Das ging so richtig vor
    ungefähr 6 Jahren los. Bis dahin hat man
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    eben Astronomie nur mit, nur in
    Anführungszeichen, mit Teleskopen machen
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    können. Das bedeutet, man hat ins Weltall
    geschaut, elektromagnetische Wellen
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    aufgefangen, mit speziellen Observatorien
    Teilchen aufgefangen. Aber es war am Ende
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    alles wie ein Stummfilm sozusagen. Und das
    was die Gravitationswellen jetzt machen,
  • 1:14 - 1:19
    ist diesem Stummfilm in bestimmten
    Bereichen Sound hinzuzufügen oder aber
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    auch uns Sound zu geben, wo wir gar nicht
    sehen können. Das, was man damit machen
  • 1:24 - 1:28
    kann, das möchte ich jetzt ein bisschen
    erklären und näher bringen, wie unsere
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    Instrumente funktionieren und was wir dann
    damit über das Universum lernen können.
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    Wenn es um Gravitationswellen geht, werden
    sich wahrscheinlich viele erst mal die
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    Frage stellen, ob Gravitationswellen
    vielleicht schon mal gehört. Aber was ist
  • 1:39 - 1:42
    denn das genau? Und das ist natürlich ein
    entscheidender Punkt ist man das am Anfang
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    richtig versteht. Grundsätzlich sind
    Gravitationswellen Schwingungen von Raum
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    und Zeit und eine Konsequenz aus der
    Allgemeinen Relativitätstheorie. Und man
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    kann Relativitätstheorie jetzt ganz kurz
    tatsächlich mit Lebensmitteln, mit einem
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    Apfel und einem Wackelpudding hier
    erklären. Natürlich nur der grüne leckere
  • 2:00 - 2:06
    Wackelpudding, die anderen sind ja nicht
    so gut. Und das, was wir aus Einsteins
  • 2:06 - 2:11
    Allgemeine Relativitätstheorie, dass die
    von 1915 lernen, ist, dass Raum und Zeit
  • 2:11 - 2:17
    sich ein bisschen wie dieser Wackelpudding
    verhalten, also Raum und Zeit, die man so
  • 2:17 - 2:22
    im Alltag ja als statische Sachen erfährt,
    sozusagen. Der Raum scheint immer gleich
  • 2:22 - 2:26
    zu sein, ist im großen Maßstab und auch
    wenn man ganz genau hinguckt, eben nicht
  • 2:26 - 2:29
    so und das verrät uns Einstein 1915 mit
    seiner Allgemeinen Relativitätstheorie,
  • 2:29 - 2:34
    die sagt: Zum einen müssen wir Raum und
    Zeit gemeinsam betrachten zu einer
  • 2:34 - 2:38
    vierdimensionalen Raumzeit, kann ich mir
    nicht vorstellen. Ist okay, wenn ihr euch
  • 2:38 - 2:41
    das nicht vorstellen könnt. Aber man kann
    das in drei Dimensionen sich so ein
  • 2:41 - 2:45
    bisschen wie so ein Wackelpudding
    vorstellen. Denn was Einstein sagt, ist
  • 2:45 - 2:49
    Raum und Zeit. Oder diese Raumzeit, die
    verändert sich in der Anwesenheit von
  • 2:49 - 2:53
    Massen. Unseren Wackelpudding ist das
    relativ offensichtlich. Wenn ich einen
  • 2:53 - 2:58
    Apfel rein packe, verändert sich die Form,
    die Geometrie, dieses Wackelpudding rund
  • 2:58 - 3:02
    um den Apfel. Und genau das ist das, was
    auch in Einsteins Relativitätstheorie
  • 3:02 - 3:07
    passiert. Massen verändern Raum und Zeit
    um sich herum oder mathematisch
  • 3:07 - 3:12
    physikalisch gesprochen. Sie verändern die
    Geometrie der Raumzeit. Das bedeutet, der
  • 3:12 - 3:16
    Raum und die Zeit werden gekrümmt. In
    Wackelpudding ist das relativ
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    offensichtlich, dass da irgendwas gekrümmt
    wird. Das, was wir als Konsequenz
  • 3:21 - 3:24
    wahrnehmen, ist das, was wir bisher
    Schwerkraft genannt haben. Denn alles
  • 3:24 - 3:28
    folgt immer dem kürzesten Weg in einer
    Raumzeit. Und wenn die Geometrie sich
  • 3:28 - 3:32
    verändert hat, dann ist der kürzeste Weg
    ein anderer. Und Objekte beschreiben
  • 3:32 - 3:36
    andere Wege, wenn Massen da sind, als wenn
    keine Massen da sind. Das ist einfach
  • 3:36 - 3:40
    statisch. Schwerkraft bei Einstein ganz
    grob umrissen. Was aber auch noch
  • 3:40 - 3:44
    rauskommt und das verrät uns Einstein,
    dann ist das, wenn Massen sich
  • 3:44 - 3:48
    beschleunigt bewegen, also anfangen zu
    wackeln. Dass dann die Raumzeit selber
  • 3:48 - 3:52
    auch wackeln kann, so wie dieser
    Wackelpudding das tut. Das bedeutet, wenn
  • 3:52 - 3:55
    sich Massen beschleunigt bewegen, wie eben
    in dem Video der Apfel fängt die gesamte
  • 3:55 - 3:59
    Raumzeit an zu schwingen. Diese
    Schwingungen breiten sich mit
  • 3:59 - 4:03
    Lichtgeschwindigkeit als Wellen durch Raum
    und Zeit aus. Die nennen wir dann
  • 4:03 - 4:07
    Gravitationswellen. Und diese
    Gravitationswellen bieten uns einen neuen
  • 4:07 - 4:11
    Sinn zur Wahrnehmung des Universums. Die
    sind, wie wir dann sehen werden, so ein
  • 4:11 - 4:15
    bisschen wie das Hören des Universums. So
    wie Schall Schwingungen in der Luft sind,
  • 4:15 - 4:19
    sind Gravitationswellen Schwingungen von
    Raum und Zeit, ausgelöst durch sich
  • 4:19 - 4:23
    beschleunigt bewegende Objekte. Das tun
    sie. Dieses Ausbreiten tun sie wie gesagt
  • 4:23 - 4:26
    mit Lichtgeschwindigkeit. Und das
    Wichtigste ist, dass diese Schwingungen
  • 4:26 - 4:31
    Raum und Zeit, das All im Grunde genommen
    fast ungehindert durchläuft und von allen
  • 4:31 - 4:35
    massereichen Objekten erzeugt wird. Das
    bedeutet, wenn irgendeine Masse sich
  • 4:35 - 4:39
    beschleunigt bewegt werden, gleich sehen.
    Das da reicht nicht jede kleine Masse aus,
  • 4:39 - 4:42
    sondern die muss schon relativ groß sein,
    um etwas messbar zu erzeugen. Aber wenn
  • 4:42 - 4:46
    sich diese Masse beschleunigt bewegt,
    erzeugt sie Fdiese Gravitationswellen, die
  • 4:46 - 4:49
    Raum und Zeit in Schwingung versetzen. Und
    die kommen dann im Grunde genommen
  • 4:49 - 4:53
    ungehindert alles durchlaufen bei uns an.
    Also wir können auch Gravitationswellen
  • 4:53 - 4:57
    von unten durch die Erde wahrnehmen und
    müssen nicht wie mit einem Teleskop klaren
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    Himmel haben. Es ist völlig egal, was dein
    Weg ist, nicht nur hier vor Ort, sondern
  • 5:01 - 5:04
    auch im All. Und das bedeutet natürlich,
    wir können viel mehr wahrnehmen, wenn es
  • 5:04 - 5:07
    denn Gravitationswellen erzeugt, weil es
    egal ist, ob da irgendetwas absorbierendes
  • 5:07 - 5:12
    im Weg ist. Ich habe es schon gesagt,
    beschleunigte Massen. Es ist zwar im
  • 5:12 - 5:16
    allgemeinen richtig, dass ich auch mit
    meiner Schütteln den Faust irgendwie
  • 5:16 - 5:19
    Gravitationswellen theoretisch erzeugen
    kann, aber in der Praxis ausreichend
  • 5:19 - 5:22
    starke Signale gibt es nur von schweren
    Dingen, die sich wirklich schnell bewegen.
  • 5:22 - 5:25
    Deswegen ganz kurzer Überblick Was sind
    denn die Quellen von Gravitationswellen,
  • 5:25 - 5:32
    die wir sehen und erwarten können? Das
    eine sind paar schwarze Löcher. Wer jetzt
  • 5:32 - 5:35
    noch nicht weiß, was ein schwarzes Loch
    ist, ich sage da gleich was dazu. Am Ende
  • 5:35 - 5:39
    ein sehr kompaktes, sehr kleines,
    massereichen Objekt. Und wenn wir zwei von
  • 5:39 - 5:41
    denen haben, dann können die sich
    umkreisen und wenn sie sich umkreisen,
  • 5:41 - 5:46
    beschleunigt, bewegen sich beschleunigt
    und erzeugen Gravitationswellen. Es kann
  • 5:46 - 5:50
    auch ein paar von zwei Neutronenstern
    sein. Auch hier kommt gleich noch was in
  • 5:50 - 5:54
    Neutronensterne. Andere kompakte Objekte.
    Diese Paare können sich auch umrunden.
  • 5:54 - 5:58
    Dabei Gravitationswellen abgeben kann auch
    eine Kombination aus beiden geben ein
  • 5:58 - 6:01
    schwarzes Loch und Neutronenstern, die
    einander umrunden. Auch das gibt
  • 6:01 - 6:05
    Gravitationswellen. Alle diese drei in der
    oberen Zeile. Diese Arten von
  • 6:05 - 6:10
    Gravitationswellen Quellen haben wir
    bereits beobachtet. Was wir uns noch
  • 6:10 - 6:15
    erhoffen, sind einzelne Neutronensterne,
    die nicht ganz rund sind, aber um die
  • 6:15 - 6:19
    eigene Achse rotieren. Oder aber
    explodierende Sterne, sogenannte Supernova
  • 6:19 - 6:23
    Explosionen in unserer Galaxie. Das sind
    so Dinge, wo wir wissen, das gibt
  • 6:23 - 6:26
    Gravitationswellen ab. Wir haben sie
    bisher nur noch nicht gesehen. Vielleicht
  • 6:26 - 6:30
    weil die zu selten sind, als dass wir sie
    regelmäßig wahrnehmen können. Und dann
  • 6:30 - 6:34
    gibt es ja noch die drei Fragezeichen. Es
    kann natürlich sein, dass es noch andere
  • 6:34 - 6:38
    Quellen gibt, von denen wir bisher gar
    keine Ahnung haben. Und das wäre so das
  • 6:38 - 6:41
    eigentlich richtig Coole, wenn wir
    irgendwann ein Signal sehen. Wir wissen
  • 6:41 - 6:44
    Okay, das ist echt, das haben wir gesehen,
    aber keine Ahnung, was es ist. Das ist
  • 6:44 - 6:48
    immer der Fall, wenn man Wissenschaft
    wirklich spannend wird. Jetzt, wie
  • 6:48 - 6:52
    versprochen, kurz zu diesen Hauptakteuren
    die, die uns durch den Vortrag begleiten,
  • 6:52 - 6:58
    also die Dinge, die wir gesehen haben. Das
    eine sind Neutronensterne, Neutronensterne
  • 6:58 - 7:02
    und Schwarze Löcher entstehen in diesen
    eben schon erwähnten Sternexplosionen.
  • 7:02 - 7:06
    Wenn Sterne, die schwerer sind als unsere
    Sonne, am Ende ihres Lebens in ihrem
  • 7:06 - 7:09
    Kernbereich in sich zusammenbrechen, die
    bilden dann so einen schweren Kern aus
  • 7:09 - 7:12
    Eisen aus. Und dieser Kern wird irgendwann
    so schwer, dass die Materie nicht mehr
  • 7:12 - 7:16
    stabil aufrecht erhalten wird. Dann bricht
    die zusammen. Wenn es hinreichend leicht
  • 7:16 - 7:20
    ist, kommt ein Neutronenstern raus. Den
    sieht man hier in der künstlerischen
  • 7:20 - 7:24
    Darstellung. Dann ist diese blau weiße
    Kugel da, im echten Größenvergleich mit
  • 7:24 - 7:28
    Hannover. Zum Glück ist da nicht echten
    Neutronenstern, denn wenn das der Fall
  • 7:28 - 7:31
    wäre, dann wäre die Erde so nicht mehr da.
    Denn dieser kleine Neutronenstern, der
  • 7:31 - 7:35
    ungefähr so groß ist wie Hannover, sieht
    man in Satellitenbild, ist ungefähr 1,5
  • 7:35 - 7:39
    mal so schwer wie unsere Sonne, manche
    auch zweimal so schwer. Also wirklich
  • 7:39 - 7:42
    richtig viel Masse, aber auf sehr kleinem
    Raum, denn das Ding hat gerade mal 20
  • 7:42 - 7:47
    Kilometer Durchmesser. Bedeutet Die Dichte
    von diesen Neutronenstern ist im Grunde
  • 7:47 - 7:51
    genommen die Dichte eines Atomkerne, dass
    Materie, in der der ganze Leerraum in den
  • 7:51 - 7:55
    Atomen weggepackt ist, weg gequetscht ist
    sozusagen. Das passiert, wenn der Stern
  • 7:55 - 7:58
    Kern zusammenbricht. Und einzelne von
    diesen Neutronenstern wissen wir, gibt es.
  • 7:58 - 8:02
    Die drehen sich bis zu 700 Mal pro
    Sekunde. Das ist also deutlich schneller
  • 8:02 - 8:07
    als der übliche Standmixer in der Küche.
    Deswegen, weil das so extreme Objekte
  • 8:07 - 8:10
    sind, die zusätzlich auch noch krasse
    Magnetfelder haben, sind das so mit meine
  • 8:10 - 8:14
    Lieblingsobjekte, meine Lieblingssterne,
    weil die eben Materie unter ganz extremen
  • 8:14 - 8:20
    Bedingungen haben und dass unser Universum
    das Universum uns der Dinge liefert, die
  • 8:20 - 8:26
    wir praktisch nicht im Labor erzeugen
    können. Wenn dieser Neutronenstern ist an
  • 8:26 - 8:29
    sich stabil. Wenn jetzt aber noch mehr
    Materie wieder drauf fällt von dem
  • 8:29 - 8:34
    zusammenbrechenden Stern, dann ist da auch
    nicht mehr genug. Sozusagen physikalischer
  • 8:34 - 8:38
    Druck von innen ausbaubar, dass das ganze
    zu einem schwarzen Loch zusammenfällt und
  • 8:38 - 8:41
    die Materie letztendlich der
    Relativitätstheorie nach auf einen
  • 8:41 - 8:44
    unendlich kleinen Punkt zusammenschrumpft.
    Die so unendlich kleiner Punkt ist die
  • 8:44 - 8:48
    Singularität in der Mitte dieses ganz
    einfachen Schwarzen Lochs, das ich jetzt
  • 8:48 - 8:53
    hier nicht drehen soll. So ein schwarzes
    Loch hat wenig Eigenschaften, das hat die
  • 8:53 - 8:57
    Masse in einem Punkt. Dann gibt es einen
    sogenannten Ereignishorizont. Das ist die
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    Distanz, ab der ich nicht mehr entkommen
    kann, ab der ich im Prinzip schneller als
  • 9:01 - 9:06
    mit Lichtgeschwindigkeit wegfliegen
    müsste. Den Ereignishorizont unterteilt
  • 9:06 - 9:09
    das Universum in zwei Bereiche. Es gibt
    jenseits des Ereignishorizont aus unserer
  • 9:09 - 9:13
    Sicht von außen und diesseits. Und sobald
    ich jenseits bin, komme ich nicht mehr
  • 9:13 - 9:18
    raus. Deswegen Schwarzes Loch, weil alles,
    was da reinfällt, darin verschwindet. So
  • 9:18 - 9:21
    ein schwarzes Loch hat im Prinzip eine
    Größe, die kann man mit diesen sogenannten
  • 9:21 - 9:24
    Schwarzschild Radius angeben. Das ist eine
    von den zwei Formeln, die hier vorkommt.
  • 9:24 - 9:28
    Da sind Konstanten drin. Dieses R der
    Schwarzschild Radius bestimmt sich
  • 9:28 - 9:32
    letztendlich aus Gravitationskonstante.
    Das ist das große G der
  • 9:32 - 9:35
    Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat unten und
    M mit der Masse des Schwarzen Lochs. Also
  • 9:35 - 9:40
    je schwerer das schwarze Loch, desto
    größer. Schwarze Löcher sind aber extrem
  • 9:40 - 9:43
    langweilig. Die haben genau drei
    Eigenschaften: Sie haben eine Masse. Ja,
  • 9:43 - 9:47
    wenn ich die Masse kenne, dann weiß ich
    schon sehr viel über das schwarze Loch.
  • 9:47 - 9:51
    Die haben einen Drehimpuls, was man als
    Spin bezeichnet. Also die können rotieren
  • 9:51 - 9:55
    um die eigene Achse, weil die einfallende
    Materie auch rotieren kann. Und die haben
  • 9:55 - 9:59
    theoretisch noch eine elektrische Ladung,
    die aber in der Natur nicht vorkommt, weil
  • 9:59 - 10:03
    der Stern insgesamt zusammenbricht,
    elektrisch neutral ist. Das bedeutet,
  • 10:03 - 10:06
    schwarze Löcher sind wirklich langweilige
    Dinge. Da brauche ich ein paar Zahlen,
  • 10:06 - 10:10
    Masse und den Drehimpuls. Das sind drei
    Zahlen, wenn ich will. Um die Ausrichtung
  • 10:10 - 10:13
    zu haben und dann kenne ich das schwarze
    Loch. Das wird, egal ob es ein schwarzes
  • 10:13 - 10:16
    Loch einfalle, einfallen lasse, am Ende
    kommen gleich das ganze Ding durch ein
  • 10:16 - 10:21
    paar Zeilen schreiben. Das sind die
    Objekte, die wir beobachten können und die
  • 10:21 - 10:24
    wir mit Gravitationswellen dann, das
    erkläre ich gleich, noch auch ausmessen
  • 10:24 - 10:28
    können und etwas über sie erfahren können.
    Das ist das Besondere, denn Schwarze
  • 10:28 - 10:31
    Löcher sind schwarz. Kann ich nicht sehen.
    Das bedeutet, ich habe wenig
  • 10:31 - 10:37
    Möglichkeiten, die zu beobachten, außer
    mit Gravitationswellen. Und die
  • 10:37 - 10:41
    Neutronensterne sind, wie man gesehen
    haben, sehr, sehr klein. Und selbst wenn
  • 10:41 - 10:44
    die heiß sind, leuchten die nicht
    besonders hell. Das bedeutet, ich sehe
  • 10:44 - 10:48
    unter Umständen nicht sehr viele und kann
    die dann auch nicht genau erforschen in
  • 10:48 - 10:52
    ihren einzelnen Eigenschaften der Materie.
    Das kann ich mit Gravitationswellen auch
  • 10:52 - 10:56
    tun. Jetzt aber zurück zu den
    Gravitationswellen und unserem zitternden
  • 10:56 - 10:59
    Wackelpudding. Wie messe ich das denn
    eigentlich? Was sind denn jetzt wirklich
  • 10:59 - 11:02
    die Effekte? Offensichtlich ist die
    Raumzeit nicht Wackelpudding in
  • 11:02 - 11:08
    Waldmeister Geschmack, sondern
    physikalische Eigenschaft, an der ich
  • 11:08 - 11:11
    tatsächlich etwas festmachen kann. Da
    können wir uns übertrieben angucken, was
  • 11:11 - 11:15
    Gravitationswellen machen. Stellen uns
    vor, wir sind irgendwo in der
  • 11:15 - 11:21
    Schwerelosigkeit im freien Fall. Dann
    können wir aus kleinen Massen so ein Kreis
  • 11:21 - 11:26
    vor uns setzen. Der schwebt dann, wenn wir
    nichts machen, idealerweise lange in
  • 11:26 - 11:29
    dieser Kreisbahn vor sich hin. Wenn jetzt
    eine Gravitationswelle kommt und von
  • 11:29 - 11:33
    hinten oder von vorne senkrecht durch
    diesen Ring läuft, also jetzt hier
  • 11:33 - 11:37
    senkrecht aus dem Schirm oder einen Schirm
    rein, dann dehnt und staut diese
  • 11:37 - 11:40
    Gravitationswellen den Raum senkrecht zu
    der Ausbreitung Richtung extrem
  • 11:40 - 11:44
    übertrieben dargestellt, so wie man das
    hier sieht. Das bedeutet, der Raum wird
  • 11:44 - 11:47
    immer in der Waagerechten zusammengedrückt
    und gleichzeitig in der Senkrechten
  • 11:47 - 11:51
    gestreckt und in der nächsten halben Welle
    andersrum. Das ist der Effekt, den
  • 11:51 - 11:55
    Gravitationswellen haben und das ist der
    messbare Effekt, den ich versuchen muss,
  • 11:55 - 11:58
    irgendwie wahrzunehmen. Das sind
    Längenänderung. Es ist jetzt hier extrem
  • 11:58 - 12:02
    übertrieben dargestellt. Wenn wir so durch
    geknetet werden würden, würden wir es ja
  • 12:02 - 12:06
    merken. Grundsätzlich gilt: Diese
    Längenänderung, die wir messen, ist ein
  • 12:06 - 12:11
    relativer Effekt, weil der Raum selber
    gedehnt und gestaucht wird. Bedeutet, wenn
  • 12:11 - 12:15
    ich etwas größeres betrachte, dann wird
    natürlich auch die Längenänderung am Ende
  • 12:15 - 12:19
    größer oder kleiner. Ich kann es immer in
    Prozent angeben, wobei sich herausstellt,
  • 12:19 - 12:23
    dass Prozent oder Promille hier nicht eine
    gute Größenordnung, Einheit ist. Denn die
  • 12:23 - 12:27
    relative Längenänderung bei den stärksten
    Gravitationswellen, die wir aus dem
  • 12:27 - 12:32
    Weltall erwarten können, ist bei zehn hoch
    minus 21, also von einer Länge ein
  • 12:32 - 12:36
    Tausendstel, davon ein Milliardstel und
    von diesen tausendsten Milliadstel noch
  • 12:36 - 12:40
    mal Milliardstel. Klingt unvorstellbar
    klein, ist es auch. Bedeutet nämlich, dass
  • 12:40 - 12:44
    die Bahn der Erde sich um den Durchmesser
    eines einzelnen Atoms ändert. Das ist die
  • 12:44 - 12:48
    Bahn der Erde um die Sonne. Ich muss also
    im Prinzip, um Gravitationswellen zu
  • 12:48 - 12:51
    messen, den Abstand zwischen Erde und
    Sonne auf ein Atom genau bestimmen, was
  • 12:51 - 12:55
    offensichtlich nicht geht. Grundsätzlich,
    was da drin steckt in diesen
  • 12:55 - 12:58
    Gravitationswellen, wenn man die
    ausrechnen will, konkret, dann ist das
  • 12:58 - 13:03
    rechts. In dieser Formel sieht man eine
    zweite Zeitableitung. Das ist dieses D2
  • 13:03 - 13:07
    nach dem Quadrat. Das quadrat ist das
    Quadrat Pol. Moment der Massenfertigung.
  • 13:07 - 13:11
    Davor stehen jede Menge Zahlen, Konstanten
    und das, was die Gravitationswellen am
  • 13:11 - 13:16
    Ende so klein macht, ist dieses Eins durch
    Lichtgeschwindigkeit, eins durch C hoch
  • 13:16 - 13:20
    vier. Was da steht das gleiche. Egal was
    ich rechts habe, ich kann das immer durch
  • 13:20 - 13:24
    Lichtgeschwindigkeit hoch 4, da wird alles
    was da drin steht unglaublich klein. Und
  • 13:24 - 13:28
    am Ende liegt es daran, dass ich das die
    Raumzeit, die ich versuche in Schwingung
  • 13:28 - 13:31
    zu versetzen, dass die unglaublich steif
    ist, letztendlich mit unglaublich viel
  • 13:31 - 13:34
    Energie reinkommen muss, damit tatsächlich
    sich da irgendwas bewegt. Und es ändert
  • 13:34 - 13:38
    sich auch noch mit dem Abstand. Je weiter
    ich weg bin, desto schwächer ist es.
  • 13:38 - 13:42
    Nichtsdestotrotz gibt es Instrumente, die
    können diese winzigen Längenänderung
  • 13:42 - 13:45
    messen und das können wir uns hier einmal
    anschauen. Das sind sogenannte
  • 13:45 - 13:49
    Laserinterferometer. Prinzip ist ganz
    einfach. Ich habe ein Laser und strahle
  • 13:49 - 13:53
    von dem Licht auf einen Strahlteiler. Das
    wird jetzt in zwei sogenannte Arme
  • 13:53 - 13:58
    aufgeteilt, durchläuft lange Strecken,
    wird dort zurück reflektiert, trifft sich
  • 13:58 - 14:02
    wieder am Strahlteiler und wird dort
    überlagert. Und je nachdem, wie diese
  • 14:02 - 14:05
    beiden Wellen zusammenkommen, heben sie
    sich entweder jetzt perfekt auf ihre
  • 14:05 - 14:09
    elektrischen Felder und es kommt kein
    Licht heraus. Wenn jetzt aber eine
  • 14:09 - 14:13
    Gravitationswelle kommt, führt die eben zu
    einem Dehnen und Stauchen der Arme, genau
  • 14:13 - 14:16
    so wie ich das gezeigt habe. Und hier in
    der vereinfachten Version ist es
  • 14:16 - 14:19
    dargestellt, als würden sich die Spiegel
    bewegen. Und das hat zur Folge, dass sie
  • 14:19 - 14:23
    am Ausgang des Detektors die Wellen
    zueinander verschieben und die Helligkeit
  • 14:23 - 14:27
    sich ändert. Das bedeutet so ein Laser-
    Interferometer übersetzt mir
  • 14:27 - 14:32
    Gravitationswellen in Helligkeitsänderung,
    die ich elektronisch aufzeichnen kann,
  • 14:32 - 14:37
    beispielsweise. Von diesen
    Laserinterferometer gibt es derzeit auf
  • 14:37 - 14:41
    der Welt 5 Stück, die im Prinzip in
    Betrieb sind. Hier sieht man Bilder von 4.
  • 14:41 - 14:45
    Es gibt noch einen unterirdischen Detektor
    Kagra, von dem man ganz offensichtlich
  • 14:45 - 14:49
    kein so einfaches Bild zeigen kann. Die
    haben alle im Prinzip denselben Aufbau.
  • 14:49 - 14:54
    Das ist so ein großes L in der Landschaft,
    das eben diese Laserlaufstrecken, die ich
  • 14:54 - 14:59
    eben gezeigt habe, beherbergt. Das uns
    nächstgelegene sozusagen ist. Also ich
  • 14:59 - 15:01
    weiß es nicht, wo ihr alle sitzt, aber
    wenn man in Deutschland ist, das
  • 15:01 - 15:05
    nächstgelegene ist in der Regel GEO 600,
    das ist das von unserem Institut zusammen
  • 15:05 - 15:09
    mit britischen Partnern betriebene
    Gravitationswellen Observatorium südlich
  • 15:09 - 15:13
    von Hannover. Da ist der Fokus auf
    Technologieentwicklung, weil es immer der
  • 15:13 - 15:17
    kleinste Detektor von allen gewesen ist,
    denn da sind die Strecken nur 1,2 km lang.
  • 15:17 - 15:22
    Der nächst größere Detektor Kagra befindet
    sich in der Nähe von Pisa in Italien. Da
  • 15:22 - 15:26
    sind das 3 km lange Läsermessstrecken und
    ihr erinnert euch, je größer desto
  • 15:26 - 15:30
    empfindlicher kann ich messen, weil meine
    Längenänderung am Ende größer wird. Kagra
  • 15:30 - 15:34
    hat auch 3 km lange mehr Strecken. Das
    befindet sich in Japan und die beiden
  • 15:34 - 15:38
    größten Detektoren sind die
    Lagendetektoren in Herford und in
  • 15:38 - 15:42
    Livingston, die 4 km lange Lasern
    messstrecken. Um kurz eine Idee davon zu
  • 15:42 - 15:47
    geben, was die messen müssen. Die relative
    Längenänderung wir erinnern uns, ist
  • 15:47 - 15:50
    maximal 10 noch mehr als 23 schwächer geht
    immer, wenn es geringere Massen sind, wenn
  • 15:50 - 15:54
    es weiter weg ist, oder? Jetzt habe ich
    eine 1000 grob 1000 Meter lange Strecke.
  • 15:54 - 15:59
    Das bedeutet absolute Längenänderung ist
    10 hoch minus 18 Meter. Das ist der
  • 15:59 - 16:03
    tausendste Teil eines
    Atomkerndurchmessers. ganz grob. Würde ich
  • 16:03 - 16:08
    muss so winzige Änderung messen, aber mit
    diversen technischen Kniffen, die man sich
  • 16:08 - 16:11
    nicht alle angucken wollen, können wir
    gerne in den Fragen darauf eingehen oder
  • 16:11 - 16:15
    eine extended Session am Ende haben. Die
    erreicht man eine noch viel höhere
  • 16:15 - 16:20
    Messgenauigkeit und kann es tatsächlich
    nachweisen. Am Ende sind diese Detektoren
  • 16:20 - 16:26
    empfindlich für Gravitationswellen mit
    Frequenzen im Audio Bereich. Das bedeutet
  • 16:26 - 16:32
    aber, wenn ich Schwingungen der Raumzeit
    im Audio Bereich messen kann, dann kann
  • 16:32 - 16:36
    ich natürlich das ganze als Mikrofon für
    Gravitationswellen betrachten. Das
  • 16:36 - 16:40
    bedeutet, ich kann dann eben wirklich
    Dinge hören, die im Weltall passieren und
  • 16:40 - 16:45
    im wahrsten Sinne des Wortes das blöde.
    Ich kann das Ausgangssignal im Prinzip
  • 16:45 - 16:50
    wirklich irgendwo drauflegen und anhören,
    was dann dabei rauskommt. Diese Detektoren
  • 16:50 - 16:56
    lauschen ins All. Sie tun das auch sehr
    empfindlich. Hier ist nur ein Beispiel.
  • 16:56 - 17:00
    Das was man hier sieht, sind Spectra, das
    Hintergrundrauschen, das in diesen
  • 17:00 - 17:05
    Detektoren anliegt und zwar in der letzten
    gemeinsamen großen Messkampagne, die 2020
  • 17:05 - 17:10
    dann auch durch die Pandemie vorzeitig
    beendet wurde. Was man sieht hier auf der
  • 17:10 - 17:13
    Querachse ist die Frequenz der
    Gravitationswellen, die man versucht zu
  • 17:13 - 17:17
    messen. In der logarithmischen Skala links
    10 Hertz, rechts 6 kHz, glaube ich. Das
  • 17:17 - 17:22
    bedeutet ist so ein guter Teil des Audio
    Spektrums. Man sieht verschiedenfarbige
  • 17:22 - 17:26
    Kurven für jeden Detektor einen. Wir
    gucken uns einfach die blaue und die rote
  • 17:26 - 17:30
    an, weil das die am weitesten unten
    liegende sind. Und auf der hoch Achse
  • 17:30 - 17:34
    sieht man die Empfindlichkeit verglichen
    mit einer Gravitationswelle, einer
  • 17:34 - 17:38
    bestimmten Stärke sozusagen. Je tiefer
    diese Kurven liegen, desto geringer ist
  • 17:38 - 17:42
    das Hintergrundrauschen. Das kommt aus
    fundamentalen physikalischen Instrumenten
  • 17:42 - 17:45
    Quellen und das Ziel ist es am Ende diese
    Empfindlichkeit Kurve so weit runter zu
  • 17:45 - 17:48
    drücken, dass sich mehr Gravitationswellen
    messen kann. Und die beiden am tiefsten
  • 17:48 - 17:52
    liegenden sind die von den beiden größten
    Detektoren von den gleichen Livingston,
  • 17:52 - 17:56
    die rot und die blaue Kurve und die
    stärksten Gravitationswellen, die wir
  • 17:56 - 18:01
    erwarten können, die wären so ganz grob
    auf der Höhe dieser grünen Quer Linie bei
  • 18:01 - 18:04
    diesen zehn hoch minus 21 und die
    Frequenzen sind typischerweise so im
  • 18:04 - 18:08
    mittleren Frequenzbereich, also irgendwas
    zwischen 100 und 1000 Hertz. Und da sieht
  • 18:08 - 18:11
    man zwischen einem Signal, das diese
    Stärke hat und dem Rauschen darunter ist,
  • 18:11 - 18:15
    ein deutlicher Abstand. Das bedeutet das
    Signal zu Rausch, Verhältnis oder Signal-
  • 18:15 - 18:18
    Rausch Abstand ist bei den
    Längendetektoren so hoch, dass man diese
  • 18:18 - 18:22
    Signale auf jeden Fall sehr, sehr laut
    sozusagen messen kann. Und das tun wir.
  • 18:22 - 18:26
    Üblicherweise so, dass mehrere
    Messkampagnen hintereinander, die
  • 18:26 - 18:30
    teilweise von Umbau, Pausen, kurzen
    Pausen, aber wie auch jetzt gerade
  • 18:30 - 18:34
    jahrelangen Umbau Pausen unterbrochen
    werden, in denen man die Detektoren
  • 18:34 - 18:38
    verbessert. Und wir haben gemessen, das
    erste Mal 2015 begonnen, seit dem 3.
  • 18:38 - 18:44
    Märzkampagnen gemacht. Der letzte, wie
    gesagt, war im März 2020 zu Ende und wir
  • 18:44 - 18:48
    haben vieles gemessen. Ich zeige das jetzt
    einmal im Überblick und dann gucken wir
  • 18:48 - 18:51
    uns ein paar Highlights an und beantworte
    die Frage: Was haben wir denn bisher
  • 18:51 - 18:54
    entdeckt und was haben wir daraus gelernt?
    Das hier ist dieses Maßes Mistella
  • 18:54 - 19:00
    Gracefeld, in das der LKW fährt, ist
    sozusagen der Überblick aller verstorbenen
  • 19:00 - 19:05
    Sterne, deren Überreste wir gesehen haben.
    Man sieht vor allem erstmal viele blaue
  • 19:05 - 19:10
    Kugeln. Diese blauen Kugeln stellen
    jeweils die von LIGO, Würge und Khadra
  • 19:10 - 19:15
    gemessenen schwarzen Löcher dar. Die Höhe
    über der Querachse zeigt einfach an, wie
  • 19:15 - 19:19
    schwer sie sind. Und man sieht es. Da gibt
    es einige, die sind deutlich über 100
  • 19:19 - 19:23
    Sonnenmassen schwer. Das schwerste, das in
    der Mitte sich hier befindet. Da kann man
  • 19:23 - 19:26
    sehen, dass es ungefähr 100 Sonnenmassen
    schwer und dann gibt es da drunter noch
  • 19:26 - 19:30
    einen Punkt, der auf einem Pfeil liegt.
    Das ist so um die 80, ich glaube 60 60
  • 19:30 - 19:35
    Sonnenmassen schwer. Also was das? Zwei
    Schwarze Löcher. Die umrunden einander,
  • 19:35 - 19:39
    berühren sich irgendwann, verschmelzen zu
    einem neuen schwarzen Loch und das ist da
  • 19:39 - 19:43
    dort dargestellt. Ich gehe einmal kurz
    hier rüber in das Fenster. Das ist also
  • 19:43 - 19:47
    hier in der Mitte dieser dieser, dieses
    schwarze Loch bei 60 Sonnenmassen, da
  • 19:47 - 19:52
    drüber als knappe 100 Sonnenmassen. Und
    die verschmelzen dann zu einem von 160
  • 19:52 - 19:55
    Sonnenmassen ungefähr. Und das ist so ein
    typisches Signal, was wir sehen. Und von
  • 19:55 - 19:59
    diesem Verschmelzen mit Schwarzen Löchern
    haben wir 90 Stück gesehen. Dass das
  • 19:59 - 20:04
    bedeutet haben eben viele verschmelzen
    schwarze Löcher gesehen, das ist das das
  • 20:04 - 20:09
    Haupt, die Hauobjekte, die wir entdecken.
    Dann sieht man unten noch orange Kugel,
  • 20:09 - 20:12
    die bei niedrigeren Massen sich befinden.
    Das sind diese sogenannten
  • 20:12 - 20:16
    Neutronensterne, die alle eben so maximal
    2 Sonnenmassen schwer sind. Da sieht man
  • 20:16 - 20:20
    auch 2 Verschmelzung von Neutronenstern
    mit Neutronenstern zu. Wir wissen es nicht
  • 20:20 - 20:24
    genau, wahrscheinlich schwarzen Löchern
    und es gibt auch ein paar Objekte, wo eben
  • 20:24 - 20:27
    diese Kombination von schwarzem Loch und
    Neutronenstern zusammenkommt. Die roten
  • 20:27 - 20:31
    und die gelben Punkte sind vorher bekannte
    Schwarze Löcher und Neutronensterne aus
  • 20:31 - 20:35
    anderen indirekten Beobachtungen im Fall
    der Schwarzen Löcher. Aus all diesen
  • 20:35 - 20:39
    Beobachtung können wir jetzt schließen,
    dass sie nur ganz kurz bevor Sie
  • 20:39 - 20:42
    vielleicht an Highlights angucken wollen.
    Das eine, was wir gelernt haben, ist
  • 20:42 - 20:46
    Einstein hatte auch mal Unrecht. Einstein
    hat nämlich zeit seines Lebens bezweifelt,
  • 20:46 - 20:50
    dass diese Lösung seine Allgemeine
    Relativitätstheorie, die Schwarze Löcher
  • 20:50 - 20:55
    sind, in der Natur existieren wird. Das
    kann nicht sein. Es entsteht nicht durch
  • 20:55 - 20:58
    Papers geschrieben und argumentiert. Die
    Natur wird so die Entstehung von diesen
  • 20:58 - 21:02
    Objekten nicht erlauben. Jetzt sehen wir
    Dinge, die sich so verhalten wie schwarze
  • 21:02 - 21:05
    Löcher, also Datum Unrecht gehabt. Er hat
    natürlich wieder recht gehabt, weil seine
  • 21:05 - 21:09
    Relativitätstheorie die Gravitationswellen
    beschreibt. Also wir wissen, dass die
  • 21:09 - 21:13
    Gravitationswellen sehr exakt von seiner
    Theorie beschrieben werden, was wieder so
  • 21:13 - 21:17
    ein bisschen langweilig ist, weil man sich
    erhofft hatte, vielleicht irgendwo Ansätze
  • 21:17 - 21:20
    zu finden, wo die Relativitätstheorie da
    nicht stimmt, weil wir wissen, es ist
  • 21:20 - 21:24
    nicht der Weisheit letzter Schluss. Wir
    können die Eigenschaften Schwarzer Löcher
  • 21:24 - 21:28
    direkt messen, zum Beispiel ihre Massen,
    aber auch ihre Spins in einigen Fällen und
  • 21:28 - 21:33
    können uns einen Überblick verschaffen
    darüber. Zum Beispiel, wie sieht denn die
  • 21:33 - 21:35
    typische Population von Verschmelzen
    Schwarzen Löchern aus? Wie schwer sind
  • 21:35 - 21:39
    die? Wie schnell drehen sie sich
    umeinander, welche Massenverhältnisse gibt
  • 21:39 - 21:42
    es dann usw.. Und das sind so die groben
    Dinge, die man aus der ganzen
  • 21:42 - 21:47
    Populationsgeschichte machen kann. Wie das
    im Typischen funktioniert, will ich ein
  • 21:47 - 21:52
    paar Beispiele zeigen. Signale haben bei
    uns immer ein relativ unspektakulär Namen,
  • 21:52 - 21:57
    die heißen an so was wie GW150914, das ist
    einfach die Gravitationswelle oder eben
  • 21:57 - 22:02
    Gravitation Wave aus dem Jahr 2015. Die
    ersten beiden Ziffern dem neunten Monat
  • 22:02 - 22:06
    und dem 14. Tag, also die
    Gravitationswelle, die man am 14. 9. 2015
  • 22:06 - 22:10
    gemessen hat. Das war auch das allererste
    Signal, das man gesehen hat und das, was
  • 22:10 - 22:15
    die Detektoren dann tatsächlich messen,
    das sind hier nur ganz wenig bearbeitete
  • 22:15 - 22:19
    Rohdaten. Das kann man hier sehen. Das
    sind beides Zeitreihen, die jeweils
  • 22:19 - 22:23
    ungefähr 0,2 Sekunden der Daten zeigen.
    Links in Rot, die Daten von dem einen,
  • 22:23 - 22:28
    LIGO Detektoren rechts in Blau, die Daten
    von dem anderen LIGO Detektoren. Die
  • 22:28 - 22:32
    Hochachse zeigt hier die Stärke der
    Gravitationswellen in Einheiten von diesen
  • 22:32 - 22:36
    zehn auch minus 21 und wir können bei der
    roten Kurve das angucken. Die fängt so bei
  • 22:36 - 22:39
    0,3 Sekunden. Ungefähr sieht man, dass
    sich das so langsam so eine Welle aufbaut.
  • 22:39 - 22:43
    Und diese Welle wird in der Amplitude
    höher und in der Frequenz höher bis zu
  • 22:43 - 22:48
    ungefähr 0,43 Sekunden, dann hört es auf.
    Wenn man sich das anhört, ist das so eine
  • 22:48 - 22:52
    macht einen "uap" laut. Und dieses
    typische Geräusch, das ist das, was man
  • 22:52 - 22:55
    Verschmelzen von Objekten bekommt. Die
    Objekte umrunden einander, geben
  • 22:55 - 22:58
    Gravitationswellen ab, kommen einander
    immer näher und näher, umrunden einander
  • 22:58 - 23:01
    immer schneller. Die Beschleunigung wird
    größer, die Gravitationswelle wird lauter
  • 23:01 - 23:04
    und irgendwann berühren die sich und
    verschmelzen zu einem neuen Objekt, das
  • 23:04 - 23:08
    alleine keine Gravitationswellen abgibt.
    Das Signal hört auf. Wenn man mit beiden
  • 23:08 - 23:12
    Detektoren identisch sieht und das zeigt
    die blaue Messung sozusagen von dem
  • 23:12 - 23:16
    anderen Detektor rechts daneben. Das rote
    ist noch mal ein bisschen gespiegelt,
  • 23:16 - 23:19
    seitlich verschoben, drunter gelegt. Dann
    weiß man Okay, das ist wahrscheinlich
  • 23:19 - 23:23
    echt. Das wird statistisch ausgewertet,
    inwieweit das tatsächlich zusammenhängt.
  • 23:23 - 23:27
    Am Ende kann man aus dieser Form der Welle
    dann schließen, was da passiert ist. Und
  • 23:27 - 23:31
    zwar in diesem Fall weiß man, dass da zwei
    Schwarze Löcher mit circa jeweils 30
  • 23:31 - 23:35
    Sonnenmassen verschmolzen sind. Das kann
    man auch demonstrieren. Da gibt es von
  • 23:35 - 23:39
    LIGO so nette Online-Tools, wo man das
    ausprobieren kann, wie zum Beispiel
  • 23:39 - 23:43
    Wellen, wie zum Beispiel die Massen und
    die Empfindlichkeit sich auswirken und an
  • 23:43 - 23:47
    der URL, die ich unten eingeblendet habe,
    kann man sich dann so ein Film angucken,
  • 23:47 - 23:50
    wo man die Daten, das ist das Blaue mit
    einer aus der Allgemeinen
  • 23:50 - 23:54
    Relativitätstheorie berechneten Wellenform
    vergleichen kann und kann jetzt an diesen
  • 23:54 - 23:58
    Reglern hier rumspielen, einmal links die
    Gesamtmasse und rechts die Entfernung, bis
  • 23:58 - 24:02
    man meint, man hat eine gute
    Übereinstimmung gefunden zwischen diesen
  • 24:02 - 24:06
    beiden Größen, also zwischen der beide,
    zwischen den beiden Kurven, die man dort
  • 24:06 - 24:09
    sehen kann. Und da kann man es eben so
    einstellen. Dann kommt man auf das, was
  • 24:09 - 24:13
    ich ihm gesagt habe. Gesamtmasse so um 64
    Sonnenmassen ungefähr. Empfindlichkeit
  • 24:13 - 24:16
    kann man so auf ungefähr 1,3 Milliarden
    Lichtjahre. Dann bekommt man eine relativ
  • 24:16 - 24:20
    gute Übereinstimmung zwischen den beiden
    Kurven, die natürlich noch das Detektoren
  • 24:20 - 24:24
    schnell drauf haben und dem eigentlichen
    und dem, also zwischen der theoretischen
  • 24:24 - 24:28
    Kurve und dem gemessenen Signal. Und so
    kann man ganz grob Eigenschaften messen.
  • 24:28 - 24:33
    Der Spin würde die Form dann noch mal
    anders verändern und so weiter. Man könnte
  • 24:33 - 24:38
    jetzt den Eindruck bekommen, dass da
    irgendwie nicht viel passiert, weil dieses
  • 24:38 - 24:41
    Signal so unvorstellbar kleines ist, 10
    hoch minus 21 das bedeutet haben wirklich
  • 24:41 - 24:45
    gemessen, wie sich um den 1000 Atomkern
    Durchmesser was bewegt hat in den
  • 24:45 - 24:49
    Detektoren. Man kann sich aber angucken,
    was da Energie in der Energie drinsteckt.
  • 24:49 - 24:53
    Und dazu kann man sich angucken aus dem
    Paper, was ist die Masse des ersten
  • 24:53 - 24:56
    Schwarzen Lochs, was die Masse des
    zweiten, zweiten Schwarzen Lochs und was
  • 24:56 - 25:00
    unter Annahme, dass die
    Relativitätstheorie stimmt, ist die Masse
  • 25:00 - 25:04
    des entstandenen Final Black oder so
    entstandenen Schwarzen Lochs. Sieht man,
  • 25:04 - 25:08
    da fehlen scheinbar drei Sonnenmassen.
    Diese drei Sonnenmassen fehlen natürlich
  • 25:08 - 25:13
    nicht, die sind in Energie als
    Gravitationswellen abgegeben worden. Das
  • 25:13 - 25:17
    bedeutet aber, diese drei Sonnenmassen
    werden mit E gleich M mal C Quadrat
  • 25:17 - 25:22
    komplett in Gravitationswellen
    umgewandelt. Das erfolgt im Wesentlichen
  • 25:22 - 25:26
    in den letzten 0,2 Sekunden und das
    temporäre der Vorgang mit der größten
  • 25:26 - 25:29
    Leuchtkraft. Man sieht ja nichts im
    gesamten Universum. Die Leistung ist in
  • 25:29 - 25:34
    der Spitze 50 mal so hoch wie alle Sterne
    des Universums, gleichzeitig aber eben
  • 25:34 - 25:38
    vollkommen unsichtbar. Wir können es nur
    mithilfe unserer Detektoren tatsächlich
  • 25:38 - 25:43
    dann wahrnehmen. Man kann auch bestimmen,
    woher das Ganze kam, weil wir zwei
  • 25:43 - 25:46
    Detektoren mindestens haben. Das ist dann
    so, wie wir mit unseren Ohren wahrnehmen
  • 25:46 - 25:50
    können, von woher etwas kommt, kann man es
    bei den Detektoren auch machen. Eine
  • 25:50 - 25:54
    andere spannende Frage, auf die man neue
    Antworten bekommen hat mit
  • 25:54 - 25:58
    Gravitationswellen ist die, nach dem
    Ursprung des Goldes im Universum. Also
  • 25:58 - 26:03
    Gold spielt auf der Erde kulturell und
    wirtschaftlich immer noch eine Rolle und
  • 26:03 - 26:08
    man hat schon lange die Vermutung gehabt,
    dass, Elemente wie Gold und Platin hier
  • 26:08 - 26:13
    einmal umrundet, im Wesentlichen einen
    Ursprung haben in verschmelzen
  • 26:13 - 26:16
    Neutronenstern. Sie ist einfach das
    Periodensystem der Elemente und wo die
  • 26:16 - 26:19
    herkommen. Kurz nach dem Urknall gab es
    nur diese bläulichen Dinge als im
  • 26:19 - 26:23
    Wesentlichen Wasserstoff, Helium und
    kleines bisschen Lithium. Sterne wie
  • 26:23 - 26:27
    unsere Sonne die Massen haben Sterne
    können dieses hellgelb erzeugen, dass es
  • 26:27 - 26:30
    diese kleine Ecke unten bei Platin und
    Gold, die man jetzt sieht. Aber der
  • 26:30 - 26:33
    allergrößte Teil von den schweren
    Elementen kommt tatsächlich aus den
  • 26:33 - 26:37
    Verschmelzen und Neutronenstern. Das ist
    dieses Dunkel Orange. Und das war bisher
  • 26:37 - 26:40
    eine Theorie. Das kann man aber dann
    verifizieren, indem man sich eben
  • 26:40 - 26:44
    verschmelzen, Neutronensterne anguckt.
    Verschmelzene Neutronensterne tun mehrere
  • 26:44 - 26:47
    Dinge. Die geben zum einen zuallererst
    Gravitationswellen ab, dann verschmelzen
  • 26:47 - 26:51
    sie. Sie geben ein Gammastrahlen Blitz ab.
    Das ist das Violette. Dann entsteht eine
  • 26:51 - 26:55
    Explosionswolke, das ist dieses Bläuliche,
    das jetzt langsam abkühlt aufgrund des
  • 26:55 - 26:58
    radioaktiven Zerfalls. Und wenn man noch
    ein bisschen wartet, kann man auch noch
  • 26:58 - 27:02
    nach Leuchten sehen, wenn dieses Schloss
    entsteht, mit dem Gas zwischen den Sternen
  • 27:02 - 27:07
    zusammenstößt. Wenn man so etwas jetzt in
    allen Details beobachten könnte, dann
  • 27:07 - 27:11
    könnte man ja sehen, ob es tatsächlich
    entsprechende Entstehung von schweren
  • 27:11 - 27:16
    Elementen gibt. Und genau das kann man
    tun. Und genau das ist gelungen. Man hat
  • 27:16 - 27:21
    nämlich ein Gravitationswellensignal
    gehabt am 17. 8. 2017 beobachtet von den
  • 27:21 - 27:27
    LIGO Detektoren und dem Virgo Detektor, wo
    man zum einen erst mal Gravitationswellen
  • 27:27 - 27:31
    gefunden hat, die eindeutig sagen da
    verschmelzen zwei Neutronensterne.
  • 27:31 - 27:36
    Spannend ist jetzt, gibt es dazu passende
    Gammastrahlenblitz und das ganze sieht man
  • 27:36 - 27:41
    tatsächlich in dieser Darstellung. Die
    Verschmelzung der Neutronensterne erfolgt
  • 27:41 - 27:45
    jetzt und 1,7 Sekunden später gibt es eine
    Nachweis von Gammastrahl von einem
  • 27:45 - 27:49
    Satelliten namens Fermi, der die Erde
    umrundet. Das könnte jetzt erst mal
  • 27:49 - 27:53
    zufälliger Zusammenhang sein, aber man
    kann eine himmlische Schatzkarte malen,
  • 27:53 - 27:58
    die ungefähr so aussieht. Diese Kugel, die
    man sieht, ist aus irdischer Sicht werden
  • 27:58 - 28:02
    in der Mitte dieser Kugel und das Außenrum
    wäre der gesamte Himmel sozusagen. Aus den
  • 28:02 - 28:06
    LIGO und Virgo Daten kommt heraus, dass es
    diese kleine dunkelgrüne Gurke, die mit
  • 28:06 - 28:10
    LIGO Virgo markiert ist. Innerhalb dieses
    Bereichs sind irgendwo die Neutronensterne
  • 28:10 - 28:15
    verschmolzen, zumindest die, die wir mit
    Gravitationswellen gemessen haben. Der die
  • 28:15 - 28:19
    Fermi Beobachtung die eines anderen
    Gammastrahlen Satelliten ist dieser
  • 28:19 - 28:23
    Bereich, wo sich die beiden hellblauen und
    dunkelblauen Bereiche überschneiden, der
  • 28:23 - 28:26
    auch perfekt überlappt mit dem
    Gravitationswellen Bereich. Das Beispiel
  • 28:26 - 28:29
    der Gammastrahlen Blitz kam mit sehr sehr
    großer Wahrscheinlichkeit tatsächlich von
  • 28:29 - 28:33
    dieser Neutronenstern Verschmelzung. Diese
    leichte Verzögerung, die man gesehen hat,
  • 28:33 - 28:37
    liegt nicht daran, dass die
    Gravitationswellen überlichtschnelle sind,
  • 28:37 - 28:39
    sondern dass in dieser Explosion, die da
    entsteht es einen Moment dauert, bis die
  • 28:39 - 28:44
    Gammastrahlen durchbrechen. Was man jetzt
    machen kann man kann die Entfernung
  • 28:44 - 28:48
    Messung der Gravitationswellen kommt raus
    so ungefähr 130 Millionen Lichtjahre in
  • 28:48 - 28:53
    dem Fall verwenden und nach Galaxien
    suchen und gucken, ob da irgendwo ein
  • 28:53 - 28:57
    neuer Stern aufgetaucht ist, nämlich diese
    Explosion Wolke. Das gelingt ungefähr elf
  • 28:57 - 29:01
    Stunden später. Das sieht man rechts in
    diesem Negativbild. Neben einer Galaxie,
  • 29:01 - 29:05
    die ungefähr 130 Millionen Lichtjahre weg
    ist, ist durch dieses Fadenkreuz markiert,
  • 29:05 - 29:09
    ein neuer Stern aufgetaucht. Und dieser
    neue Stern, das heißt ein Kilo Nova, das
  • 29:09 - 29:13
    ist die Explosionwolke. Den kann man jetzt
    beobachten. Und da gibt's jetzt hier einen
  • 29:13 - 29:16
    Zeitraffer. Das ist jetzt eine
    Darstellung, so wie das in echt Farbe
  • 29:16 - 29:21
    ungefähr aussehen würde. Der gelbe Fall
    ist rein montiert, der zeigt, wo gleich am
  • 29:21 - 29:25
    Anfang jetzt nur die linke Seite angucken,
    wo diese Kilo Nova auftaucht. Das ist ein
  • 29:25 - 29:28
    altes Archivbild, da ist die Kilo Nova
    dann noch nicht zu sehen. Dieser weiße
  • 29:28 - 29:32
    Blob ist diese Galaxie, also ungefähr 100
    Milliarden Sterne. Die meisten hellen
  • 29:32 - 29:35
    Punkte sind irgendwie Fordergrund Sterne
    und wir starten jetzt einfach mal den
  • 29:35 - 29:39
    Zeitraffer und dann sieht man, daneben
    taucht diese Explosion Wolke auf, ist am
  • 29:39 - 29:43
    Anfang heiß und blau. Mit so vier, fünf
    Tage danach kühlt sie sich schon sichtbar
  • 29:43 - 29:47
    wird Licht schwächer und vor allem auch
    rötlicher. Jetzt, so nach sieben Tagen,
  • 29:47 - 29:51
    ist sie richtig schön tiefrot geworden.
    Das bedeutet, es kühlt sich eben weiter ab
  • 29:51 - 29:54
    und man kann das Ganze verfolgen über
    längere Zeit. Und hier ist es so ungefähr
  • 29:54 - 29:58
    nach elf Tagen bricht es ab. Man kann das
    ein bisschen länger. Sie Auf der rechten
  • 29:58 - 30:02
    Seite sieht man Spectra, also die
    Energieverteilung über die
  • 30:02 - 30:07
    Helligkeitsverteilung über die Farben,
    dass dieses Spektrum hier ist links im
  • 30:07 - 30:11
    sichtbaren Bereich, rechts aber irgendwie
    tief im Infraroten. Was man aber sehen
  • 30:11 - 30:14
    kann, ist, dass es da bestimmte Dellen
    gibt. Also das ist nicht immer so eine
  • 30:14 - 30:18
    schöne, gleichmäßige Kurve, sondern da
    gibt es relativ charakteristische Dellen.
  • 30:18 - 30:23
    So bei hier werden zwischen 0,8 und 1,0
    und diese Dellen, die kommen von der
  • 30:23 - 30:27
    Anwesenheit schwerer Elemente wie Gold und
    Platin, die ein Teil des Lichtes
  • 30:27 - 30:31
    absorbieren und verschlucken. Was wir am
    Ende aus diesen Beobachtungen zusammen mit
  • 30:31 - 30:35
    Computermodellen schließen können, ist das
    Gold, Platin und Co eben tatsächlich im
  • 30:35 - 30:39
    Wesentlichen aus Verschmelzen schmelzenden
    Neutronensterne stammen. Das bedeutet
  • 30:39 - 30:44
    aber, wenn jemand jetzt Goldschmuck trägt,
    ist das mit allergrößter
  • 30:44 - 30:47
    Wahrscheinlichkeit, Überrest von einer
    Neutronenstern Verschmelzung, deren
  • 30:47 - 30:51
    Überreste in die Urvolke unseres
    Sonnensystems gekommen sind. Also wieder
  • 30:51 - 30:56
    so eine schöne direkte Verbindung zum
    Kosmos. Zum Abschluss noch ganz kurzen
  • 30:56 - 30:59
    Überblick über ein paar Highlights, die
    wir auch noch hatten. Ich kann natürlich
  • 30:59 - 31:03
    nicht alle 90 Signale da durchsprechen,
    aber es gibt so ein paar Dinge, die
  • 31:03 - 31:08
    besonders auffällig waren. Und das eine
    ist ein Signal vom. In 2019 gab es eine
  • 31:08 - 31:13
    weitere Neutronenstern Verschmelzung im
    Hintergrund künstlerische Darstellung, wo
  • 31:13 - 31:17
    die Komponenten zusammen erstaunlich
    schwer waren. Das könnte der erste Hinweis
  • 31:17 - 31:21
    darauf sein, dass es Neutronenstern Paare
    gibt, die insgesamt schwerer sind als die,
  • 31:21 - 31:25
    die wir bisher kennen. Möglich. Wir werden
    es nur dann wissen, wenn wir weiter
  • 31:25 - 31:28
    beobachten und noch mehr solcher Signale
    sehen. In dem Fall haben auch nur die
  • 31:28 - 31:35
    Gravitationswellen gesiegt. Bis zum 12. 4.
    2019 war es so, dass die Schwarzen Löcher,
  • 31:35 - 31:39
    die wir gesehen hatten, immer sehr
    ähnliche Massen hatten. Und wenn dieser
  • 31:39 - 31:43
    ähnliche Massen haben, dann könnte man
    jetzt erwarten, dass das fast immer so ist
  • 31:43 - 31:48
    und am 12. 4. 2009 das erste Mal eins
    gesehen, wo das schwere schwarze Loch
  • 31:48 - 31:52
    dreieinhalb mal schwerer ist als das
    leichte schwarze Loch. Das ist zum einen
  • 31:52 - 31:55
    ein bisschen ungewöhnlicher, kommt aber
    aus den Modellen auch raus. Erwarten wir.
  • 31:55 - 32:00
    Was aber auch das Besondere ist, dass sich
    dann in dem Signal nicht nur eine Frequenz
  • 32:00 - 32:04
    von den Gravitationswellen zeigt, sondern
    Obertöne wie bei Musikinstrumenten.
  • 32:04 - 32:06
    Vorhersage aus der Allgemeinen
    Relativitätstheorie kann man auch hier
  • 32:06 - 32:12
    einen Haken dran machen. Am 14. 8. 2016
    gab es eine rätselhafte Verschmelzung
  • 32:12 - 32:17
    richtig mittelschwer schwarzes Loch, so 23
    mal so schwer wie unsere Sonne ist mit
  • 32:17 - 32:21
    einem neunmal so leichten Objekt
    verschmolzen. Das könnte entweder das
  • 32:21 - 32:24
    schwerste schwarze Loch, das leichteste
    schwarze Loch sein, das wir kennen, oder
  • 32:24 - 32:27
    der schwerste Neutronenstern, den wir
    kennen. Wir wissen nicht, was es ist. Wir
  • 32:27 - 32:31
    können es auch nicht genau sagen anhand
    der Gravitationswellen. Aber es wird noch
  • 32:31 - 32:33
    mehr solcher Signale geben. Und daraus
    kann man dann vielleicht irgendwann
  • 32:33 - 32:37
    lernen, wie schwer so Neutronenstern
    werden kann, bevor zum Schwarzen Loch
  • 32:37 - 32:43
    wird. Das wissen wir nämlich nicht. Und
    wir haben am 21. Oktober 2019 die Geburt
  • 32:43 - 32:45
    eines sogenannten mittelschweren Schwarzen
    Lochs entdeckt. Das ist ein bisschen
  • 32:45 - 32:49
    verwirrend vom Namen her. Mittelschwer
    alles, was schwerer als 100 Sonnenmassen
  • 32:49 - 32:52
    ist. Also eigentlich sehr schwere Schwarze
    Löcher. Aber es gibt ja auch noch die
  • 32:52 - 32:57
    extrem schweren, die über 100000
    Sonnenmassen und diese zwischen 100 und
  • 32:57 - 32:59
    hunderttausend Sonnenmassen. Da wussten
    wir bisher nicht, ob es die wirklich gibt.
  • 32:59 - 33:03
    Es gab indirekte Hinweise, da haben wir
    jetzt tatsächlich den eindeutigen Hinweis
  • 33:03 - 33:06
    gesehen, es gibt es und wir haben es die
    Entstehung gesehen aus zwei schwarzen
  • 33:06 - 33:10
    Löchern. Als allerletztes noch der
    Hinweis: Wie kann ich, wie könnt ihr
  • 33:10 - 33:14
    mitmachen, wenn euch das Ganze irgendwie
    interessiert? Gibt es zwei Sachen linker
  • 33:14 - 33:18
    Hand? Einmal Wir betreiben am Institut
    Einstein at home. Es ist ein verteiltes
  • 33:18 - 33:22
    freiwilliges rechen Projekt, wo man auf
    seinen Rechnern, aber auch Smartphones
  • 33:22 - 33:26
    Rechenzeit zur Verfügung stellen kann.
    Entweder wenn die gerade nicht aktiv
  • 33:26 - 33:30
    genutzt sind oder auch sonst
    währenddessen, um nach Neutronenstern zu
  • 33:30 - 33:33
    suchen. Da gibt es verschiedene Suchen.
    Die Hauptsache ist die nach
  • 33:33 - 33:37
    Gravitationswellen von einzelnen
    Neutronenstern, die sich drehende leichte
  • 33:37 - 33:40
    Beule haben und dabei leise sogenannte
    kontinuierliche Gravitationswellen
  • 33:40 - 33:44
    abgeben. Wir suchen aber auch nach
    Radiowellen und Gammastrahlen von diesen
  • 33:44 - 33:48
    Neutronenstern und haben bisher über die
    Radiowellen und Gammastrahlen mehr als 80
  • 33:48 - 33:52
    neue Neutronensterne entdeckt. Im
    Vergleich zu den 3000 insgesamt, die man
  • 33:52 - 33:55
    kennt, ist das schon ganz ordentliche
    Anteil. Die Gravitationswellen von diesen
  • 33:55 - 33:58
    Objekten, das ist noch offen. Wer da
    mitmachen will, findet unter
  • 33:59 - 34:03
    Einstein@home.org mehr Infos. Das ganze
    ist zum Teil auch Quelle offen und man
  • 34:03 - 34:06
    kann da auch in diesen Code selber
    reingucken. Und wenn da jemand
  • 34:06 - 34:10
    Verbesserungen hat, sind wir natürlich
    dafür immer offen. Das andere, wenn man
  • 34:10 - 34:15
    mehr von der beobachtenden Seite kommt. Es
    gibt eine App namens Chop. Die URL steht
  • 34:15 - 34:19
    da unten. Da wird man in dem nächsten
    Beobachtungslauf, der so Ende 2022
  • 34:19 - 34:23
    beginnen sollte, live darüber informiert,
    wenn neue Gravitationswellen gefunden
  • 34:23 - 34:27
    wurden und kann gegebenenfalls mit seinen
    eigenen Teleskopen nachgucken, ob man denn
  • 34:27 - 34:31
    da zum Beispiel ein Nachleuchten von
    Verschmelze Neutronenstern sieht. Und das
  • 34:31 - 34:34
    kann man auch über eine Website machen.
    Das ganze da ist aber eine Implementation,
  • 34:34 - 34:38
    dass man es eben dann hoffentlich ab 2022
    auch mit Push Notifications auf sein Handy
  • 34:38 - 34:42
    bekommt. Also das kann man sich natürlich
    auch selber coden. Sodass man dann
  • 34:42 - 34:46
    gegebenenfalls nachts aufstehen und
    beobachten kann, wenn es da was zu sehen
  • 34:46 - 34:49
    gibt. Ich bedanke mich schon mal für die
    Aufmerksamkeit und hoffe wir haben noch
  • 34:49 - 34:50
    ein paar Fragen.
  • 34:50 - 34:53
    Herald: Haben wir. Ich möchte mich aber
    erst mal auch im Namen des Chips für den
  • 34:53 - 34:56
    extrem spannenden und verständlichen
    Vortrag bedanken. Das haben mehrere hier
  • 34:56 - 35:00
    gepostet. Ich gehöre auch dazu. Es war
    wirklich ein sehr, sehr schöner Vortrag.
  • 35:00 - 35:02
    Sehr verständlich erklärt.
    Knispel: Danke.
  • 35:02 - 35:05
    Herald: Wir haben sehr viele Fragen. Ich
    werde probieren, einige davon hier
  • 35:05 - 35:09
    loszuwerden. Die Entwickler. Wir hatten am
    Anfang gleich einen Vergleich im dunklen
  • 35:09 - 35:13
    Raum. Da kann man ja die Wahrnehmung des
    Schales durch die Wano im des ist etwas
  • 35:13 - 35:16
    über die Geometrie des Raumes erfahren.
    Kann man das gleich jetzt auch für
  • 35:16 - 35:20
    Gravitationswellen sagen? Und wenn ja, was
    verraten Sie über den Raum Geometrie?
  • 35:20 - 35:24
    Knispel: Okay, also die Idee ist, wenn ich
    jetzt in dem Raum bin und etwas höre, dann
  • 35:24 - 35:28
    kann ich daraus verstehen, wie der Raum,
    wie groß der Raum ist oder so was. Ja, man
  • 35:28 - 35:32
    kann. Es gibt spezielle Fälle, Fälle, wo
    das geht. Das was einige wahrscheinlich
  • 35:32 - 35:35
    kennen, ist das Licht von Massen.
    Abgelenkt wird durch sogenannte
  • 35:35 - 35:40
    Gravitationslinsen und dieser
    Gravitationslinsen Effekt. Der gilt auch
  • 35:40 - 35:44
    für Gravitationswellen. Das bedeutet, wenn
    ich zum Beispiel zwischen mir und meiner
  • 35:44 - 35:48
    Gravitationswellen Quelle hier irgendwie
    im Weg ein schweres Objekt habe, dann wird
  • 35:48 - 35:51
    die Gravitationswellen einmal herumfliegen
    und einmal darum fliegen und
  • 35:51 - 35:55
    gegebenenfalls unterschiedlich lange
    brauchen. Und das kann man nutzen, um die
  • 35:55 - 35:59
    Masse in der Mitte zu bestimmen. Das ist
    jetzt bei Gravitationswellen noch nicht
  • 35:59 - 36:03
    der Fall, weil wir die eben nur ab und an
    sehen. So alle fünf Tage ungefähr derzeit.
  • 36:03 - 36:08
    Aber im Prinzip kann man zumindest über
    diese direkte Sichtlinie, was erfahren.
  • 36:08 - 36:13
    Über die Gesamtstruktur des Raumes kann
    man auch ein bisschen was erfahren, weil
  • 36:13 - 36:16
    man Kosmologie mit den Gravitationswellen
    machen kann. Man kann zum Beispiel
  • 36:16 - 36:21
    bestimmen, wie schnell sich das Universum
    ausdehnt. Das ist auch dann ein Maß für
  • 36:21 - 36:25
    die Geometrie des gesamten Universums. Das
    ist eine neue unabhängige Messung, die
  • 36:25 - 36:27
    jetzt noch nicht so genau ist wie die
    anderen, die wir haben. Aber man kann
  • 36:27 - 36:31
    prinzipiell Kosmologie machen, kann die
    Hubble Konstante bestimmen und die kommt
  • 36:31 - 36:35
    zumindest mit großer Ungenauigkeit noch da
    in dem Bereich raus, wo man sie erwartet.
  • 36:35 - 36:37
    Da ist jetzt noch keine Überraschung, aber
    auch noch nichts ganz Neues sozusagen.
  • 36:37 - 36:41
    Also nichts überraschend Falsches, aber
    auch nichts überraschend ganz Neues zu
  • 36:41 - 36:44
    finden.
    Herald: Okay, wie viele Eigenschaften hat
  • 36:44 - 36:47
    denn seine Neutronenstern zusätzlich im
    Vergleich zum Schwarzen Loch?
  • 36:47 - 36:50
    Knispel: Ja, das ist eine sehr gute Frage.
    Das wissen wir leider nicht, weil wir
  • 36:50 - 36:54
    nämlich gar nicht genau wissen, wie so
    Neutronenstern im Inneren aussieht. Ich
  • 36:54 - 36:59
    habe es gesagt ganz grob ist so, Materie
    wie bei Neutronen, weil bei Atomkern
  • 36:59 - 37:04
    dichten. Ganz grob gesprochen verändert
    sich das aber im Innern auch. Und was man
  • 37:04 - 37:08
    weiß, ist oben eine ganz Millimeter oder
    Zentimeter dicke Atmosphäre, die
  • 37:08 - 37:11
    Elektronen enthalten zum Beispiel kann,
    dann gibt es da drunter und eine Kruste,
  • 37:11 - 37:15
    wo vielleicht auch noch schwere Atomkerne
    drin sind. Aber je weiter man nach innen
  • 37:15 - 37:19
    kommt, desto mehr Reihen
    Neutronensüppicker wird es deswegen heißen
  • 37:19 - 37:22
    die Dinger auch Neutronensterne, weil im
    Wesentlichen halt fast nichts außer
  • 37:22 - 37:27
    Neutronen übrig bleibt. Und dieser Kern
    Implosion. Aber wie das im Detail ist im
  • 37:27 - 37:30
    Innern vielleicht noch irgendwie exotische
    Materie, die aus Quarks oder sowas
  • 37:30 - 37:35
    besteht. Nur das wissen wir nicht. Und
    deswegen am Ende gibt es umso
  • 37:35 - 37:39
    Neutronenstern zu beschreiben beliebig
    viele sogenannte Zustandsgleichung, die
  • 37:39 - 37:42
    mir sagen, wenn da so und so viel Druck
    und diese Temperatur ist, dann ist das
  • 37:42 - 37:47
    Ding so und so groß und bei der und der
    Masse und, da die unbekannt ist, wissen
  • 37:47 - 37:51
    wir es nicht. Und es gibt einfach im
    Grunde genommen, wenn man will, unendlich
  • 37:51 - 37:54
    viele Parameter, die man einstellen kann.
    Aber das ist genau der Trick. Wenn ich
  • 37:54 - 37:58
    jetzt mit Gravitationswellen sagen kann,
    das Ding war genau so schwer und so groß
  • 37:58 - 38:01
    oder hat sich das kann ich nämlich dann
    idealerweise sehen, so und so verformt
  • 38:01 - 38:05
    durch die Gezeitenkräfte von seinem
    Partner Objekt, dann kann ich was über die
  • 38:05 - 38:09
    Zustandsgleichung lernen und das geht in
    Einzelfällen schon. Das haben Kollegen bei
  • 38:09 - 38:13
    unserem Institut gemacht. Genau
    ausgemessen, wie groß das Ding war, aller
  • 38:13 - 38:16
    Wahrscheinlichkeit nach. Das hat natürlich
    Federbealken, aber da sind im Prinzip eben
  • 38:16 - 38:19
    beliebig viele Zusatz Parameter, weil wir
    es nicht genau wissen. Es halt. Materie
  • 38:19 - 38:23
    ist kein schwarzes Loch.
    Herald: Okay, verstanden. Kann man
  • 38:23 - 38:25
    theoretisch auch Gravitationswellen
    Energie gewinnen? Ist das eine Idee?
  • 38:25 - 38:31
    Knispel: Theoretisch ja, weil sie
    natürlich bisschen wechselwirken, sonst
  • 38:31 - 38:34
    kennen wir sie ja nicht wahrnehmen. Aber
    das Problem ist, dass die eben so gering
  • 38:34 - 38:39
    an die Materie koppeln, dass das einfach
    nicht praktikabel ist. Also man sieht ja,
  • 38:39 - 38:41
    was man für einen Aufwand treiben muss, um
    dieses winzige Bewegen da irgendwie
  • 38:41 - 38:46
    wahrzunehmen. Ein Prinzip hinterlassen die
    Energie in der Erde, sonst könnte man sie
  • 38:46 - 38:49
    ja nicht wahrnehmen. Aber das sind. Ich
    weiß nicht, wenn so eine Gravitationswelle
  • 38:49 - 38:52
    durchläuft. Ich glaube, es war im Bereich
    Djul oder so was. Es lohnt sich nicht.
  • 38:52 - 38:57
    Herald: Also die Forschung weiter nutzen?
    Knispel: Ja, genau, um unser Universum
  • 38:57 - 38:59
    besser wahrzunehmen. Aber als
    Energiequelle. Ja, wenn ich jetzt
  • 38:59 - 39:04
    irgendwie mit Science Fiction
    Zivilisationen auf drei Skala oder sowas
  • 39:04 - 39:06
    vorstelle, vielleicht, aber die können
    auch einfach Gravitationswellen machen.
  • 39:06 - 39:11
    Herald: Also verstanden. Ich habe eine
    Frage zur Messung und wie man das misst.
  • 39:11 - 39:14
    Kann man theoretisch durch die
    Verlängerung der Wegstrecke die
  • 39:14 - 39:16
    Genauigkeit erhöhen? Und gibt es da ein
    theoretisches theoretisches Maximum der
  • 39:16 - 39:22
    Genauigkeit? Ja, man kann das machen. Das
    Problem ist am Ende, wenn man es zu lang
  • 39:22 - 39:25
    macht. Man verlängert die Strecken jetzt
    schon. Das habe ich nicht gesagt durch
  • 39:25 - 39:28
    einen Trick, indem man das Licht nicht
    einfach einmal durch den Arm laufen lässt,
  • 39:28 - 39:31
    hin und zurück, sondern man bringt da so
    einen Resonator. Nennt sich das an als
  • 39:31 - 39:35
    eine Lichtfalle, wenn man will oder
    Lichtspeicher, wo das Licht dann tausend
  • 39:35 - 39:38
    Mal oder ein paar Hundert Mal hin und her
    läuft und dadurch länger Zeit hat mit der
  • 39:38 - 39:42
    Gravitationswelle Wechsel zu wirken. Das
    Problem welches zu lange mache unsere
  • 39:42 - 39:45
    Gravitationswellen macht ja so mit dem
    Arm. Ganz grob gesprochen wird es zu lang
  • 39:45 - 39:48
    mache, dann macht die Gravitationswelle
    halt einmal hin und zurück komplett
  • 39:48 - 39:51
    während das Licht drin ist und am Ende
    mäßig deutlich weniger, weil ich halt
  • 39:51 - 39:55
    schon wieder den Teil messe, wo der Arm
    schon wieder Entstreckt, sozusagen. Ich
  • 39:55 - 40:00
    will ja die maximale Bewegung sozusagen
    messen. Das wird, man kann das steigern am
  • 40:00 - 40:04
    Ende. Das Andere, was noch dazu kommt ist,
    dass man wie in der Elektrodynamik eine
  • 40:04 - 40:08
    Antenne braucht, die ungefähr in der Länge
    der Wellenlänge ist, der
  • 40:08 - 40:11
    Gravitationswellen, die ich messen will.
    Oder kürzer, je nachdem, wie man das dann
  • 40:11 - 40:14
    betreibt. Aber eben nicht sehr viel länger
    als die Wellenlänge, weil sich sonst die
  • 40:14 - 40:18
    die Welle sozusagen aufhebt. Und dann
    bekomme ich in niedrige Frequenzen, wenn
  • 40:18 - 40:21
    ich riesige Detektoren brauche. Das habe
    ich nicht angesprochen. Es gibt natürlich
  • 40:21 - 40:23
    Gravitationswellen bei sehr niedriger
    Frequenz, wo ich sehr schwere Objekte
  • 40:23 - 40:26
    bewegen und dafür brauche ich große
    Detektoren. Da gibt es im Weltraum
  • 40:26 - 40:30
    Detektoren. Lisa, der so in den 2000 30er
    Jahren fliegen soll, da sind die Strecken
  • 40:30 - 40:32
    dann im Weltall und Millionen Kilometer
    lang.
  • 40:32 - 40:35
    Herald: Super! Das beantwortet sich gleich
    die nächste Frage, nämlich Welche
  • 40:35 - 40:37
    Wellenlänge haben diese Laser? Ich würde
    ...
  • 40:37 - 40:41
    Knispel: Also die Laser haben, das habe
    ich noch nicht gesagt. 1024 Nanometer.
  • 40:41 - 40:45
    Herald: Okay, super. Wir haben also die
    Frage Wie wird beim Messen und verhindert
  • 40:45 - 40:48
    das minimale Änderung der Spiegelposition
    den Laser verfälschen? Das heißt, wenn
  • 40:48 - 40:50
    jetzt das Erschütterung ist oder sonst
    irgendwas.
  • 40:50 - 40:54
    Knispel: Die Spiegel sind von der Seismig
    des Bodens abgehängt, die hängen an
  • 40:54 - 40:58
    mehrfach pendeln. Das bedeutet, man hat am
    Ende irgendein Vakuum. Das Ganze ist auch
  • 40:58 - 41:02
    in einem Vakuum. Dieses Vakuum steht auf
    dem Boden, ist dann irgendwie passiv und
  • 41:02 - 41:06
    aktiv gedämpft. Schon mal als solches. Und
    dann hängt. Einem an einem dreifach
  • 41:06 - 41:10
    Pendel, also von der Decke hängt ein
    Pendel runter, da ist eine Zwischenwand
  • 41:10 - 41:14
    oder noch ein Pendel noch dazwischen und
    ganz unten hängt der Spiegel, und diese 3
  • 41:14 - 41:18
    bis 4 fach Pendel je nach Detektor sorgen
    dafür, dass horizontale Bewegung, aber
  • 41:18 - 41:22
    auch vertikale Bewegung des Bodens um den
    Faktor von 10 Milliarden oder mehr
  • 41:22 - 41:25
    gedämpft werden, so dass am Ende der
    Spiegel wirklich bei den Frequenzen, die
  • 41:25 - 41:30
    uns interessieren, still hängt. Und
    tatsächlich auf diesen 10 hoch -18 Metern
  • 41:30 - 41:32
    und am Ende muss aber natürlich das aktiv
    dahin gefahren werden, das dann auch
  • 41:32 - 41:34
    bleibt.
    Herald: Also eine schöne Ingenieurswesen.
  • 41:34 - 41:36
    Knispel: Genau.
    Herald: Du hattest einen Kommentar
  • 41:36 - 41:39
    abgegeben zur Relativitätstheorie. Wir
    haben eine Frage hier Wo greift diese
  • 41:39 - 41:42
    nicht? Wo versagt sie? Ist es die
    Unvereinbarkeit mit der Quantentheorie?
  • 41:42 - 41:45
    Knispel: Ja, das ist einer der Punkte.
    Also beim Schwarzen Loch haben wir ja
  • 41:45 - 41:50
    diese prinzipiell unendlich kleine
    Singularität, die, wo die gesamte Masse
  • 41:50 - 41:53
    auf einen kleinen Punkt ist. Das
    widerspricht der Quantenmechanik. Es geht
  • 41:53 - 41:56
    halt nicht. Da kann ich nicht unendlich
    viel Masse auf. Kann also nicht endlich
  • 41:56 - 41:59
    jemand auf einen kleinen Punkt zusammentun
    mit einer unendlich hohen Masse Dichte?
  • 41:59 - 42:03
    Das geht nicht. Die Relativitätstheorie
    passt da einfach nicht zusammen. Es gibt
  • 42:03 - 42:06
    auch andere Dinge, die am Ereignishorizont
    passieren, die dann mit dieser Vernichtung
  • 42:06 - 42:10
    von der Information zusammenhängen, die
    auch noch den Widerspruch zur
  • 42:10 - 42:14
    Relativitätstheorie darstellen. Also
    Quantenmechanik darstellen. Und das wären
  • 42:14 - 42:17
    so die Punkte, weswegen man dachte: Okay,
    vielleicht sehen wir an Schwarzen Löchern
  • 42:17 - 42:21
    die ersten Widersprüche zur
    Relativitätstheorie. Die Tatsache, dass
  • 42:21 - 42:24
    bis jetzt noch nicht geschehen ist, heißt
    nichts, weil wir einfach teilweise noch
  • 42:24 - 42:27
    nicht genau genug messen können. Da könnte
    es in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten
  • 42:27 - 42:30
    tatsächlich dann was geben. Aber es ist im
    Wesentlichen immer die Quantenmechanik,
  • 42:30 - 42:32
    die uns da reinfunkt.
    Herald: Ja, das bringe ich gleich zur
  • 42:32 - 42:36
    nächsten Frage: Welche bahnbrechenden
    Erkenntnisse erhoffst du dir oder team ihr
  • 42:36 - 42:38
    euch in den nächsten Jahren oder
    Jahrzehnten?
  • 42:38 - 42:41
    Knispel: Genau das vielleicht an der
    Stelle, wie es euch gesagt hat. Team ist
  • 42:41 - 42:46
    an der Stelle weltweite Gruppe von rund
    1700 aktuell Forscherinnen und Forschern,
  • 42:46 - 42:49
    die an den Detektoren, an der
    Datenanalyse, an allen möglichen Aspekten
  • 42:50 - 42:54
    dieses, dieses, dieses Themas forschen.
    Generell geht es erst mal darum, dass wir
  • 42:54 - 42:56
    jetzt sozusagen das weitermachen, was
    schon angesprochen hat Wir machen mehr
  • 42:56 - 43:00
    Astronomie. Wir wollen aber auch
    Astronomie zusammen mit anderen Astronomen
  • 43:00 - 43:03
    und Astronomen machen. Das, was jetzt an
    einem Fall gut gemacht haben, wo wir eben
  • 43:03 - 43:07
    die Neutronenstern, etwas gesehen haben.
    Das wird regelmäßiger werden. Aber am Ende
  • 43:07 - 43:11
    ist zum Beispiel ein großer Durchbruch.
    Wäre jetzt mit Einstein womöglich diese
  • 43:11 - 43:15
    kontinuierlichen Gravitationswellen, also
    ein Neutronenstern, dann kein Hubble hat,
  • 43:15 - 43:19
    den rotierend herum schleudert? Das wäre
    ein guter Hebel, um was über
  • 43:19 - 43:23
    Neutronenstern zum Beispiel zu lernen. Und
    das wäre wirklich ein Durchbruch, weil man
  • 43:23 - 43:27
    da eben noch nicht so viel weiß, oder eben
    wirklich gesehen in unser Signal.
  • 43:27 - 43:29
    Irgendwelche Abweichungen, die, die sich
    nicht mit Allgemeine Relativitätstheorie
  • 43:29 - 43:33
    erklären lassen. Und dann haben wir
    wirklich einen guten Ansatzpunkten. Hebel,
  • 43:33 - 43:36
    von wo aus man sagen könnte Okay,
    vielleicht ist diese Version dann doch
  • 43:36 - 43:40
    richtiger, oder diese Version, weil da
    kann man jetzt nur spekulieren und
  • 43:40 - 43:44
    vielleicht hören wir, das wäre super geil,
    aber irgendwann aus der Frühzeit des
  • 43:44 - 43:48
    Universums noch Signale, vielleicht eher
    mit Lisa oder so, mit diesem Weltraum
  • 43:48 - 43:52
    detektor, wo wir das gewissermaßen den
    Nachhall des Urknalls sozusagen wahrnehmen
  • 43:52 - 43:56
    können. Das wäre auch sehr spektakulär.
    Herald: Sehr gut, das wäre natürlich
  • 43:56 - 44:00
    richtig. Ich habe tatsächlich eine letzte
    Frage, bevor wir in die extended Q&A
  • 44:00 - 44:04
    gehen: Ich picke jetzt mal eine, sind doch
    sehr viele da. Tatsächlich. Und zwar
  • 44:04 - 44:06
    Schwarze Löcher sind da nicht so häufig.
    Wie kann es dann passieren, dass ich zwei
  • 44:06 - 44:10
    zufällig treffen?
    Knispel: Es ist richtig, die sind
  • 44:10 - 44:12
    prinzipiell gibt es ja nicht so viele,
    aber die treffen sich nicht zufällig,
  • 44:12 - 44:15
    sondern die sind schon vorher als
    Doppelstern System entstanden, als eine
  • 44:15 - 44:19
    Möglichkeit das Bild entstehen vorher als
    Sternensystem und diese Sternensystem, da
  • 44:19 - 44:21
    macht einer irgendwann Supernova wird zum
    schwarzen Loch, das andere macht Supernova
  • 44:21 - 44:24
    wird zum schwarzen Loch. Oder es gibt
    Phasen, wo die sich gegenseitig
  • 44:24 - 44:26
    überlappen, sodass am Ende zwei schwarze
    Löcher entstehen, die schon umeinander
  • 44:26 - 44:31
    kreisen. Bin ich fertig? Das andere ist
    die Möglichkeit, dass die einzelnen
  • 44:31 - 44:36
    schwarzen Löcher sind, die aber in sehr
    dichten Sternumgebungen rumlaufen, also
  • 44:36 - 44:40
    z.B. sogenannten Kugelsternhaufen. Und da
    dann zum Beispiel ein schwarzes Loch mit
  • 44:40 - 44:43
    einem Stern ist, kommt ein schwarzes Loch
    vorbei, kickt den einen Stern raus und
  • 44:43 - 44:46
    dann habe ich auch ein Doppelstern System.
    Das sind auch Fragen, die wir anhand der
  • 44:46 - 44:49
    Gravitationswellen bei der Verschmelzung
    beantworten können. Wie diese Systeme
  • 44:49 - 44:51
    entstanden sind, können wir jetzt noch
    nicht, aber in Zukunft dann, wenn wir
  • 44:51 - 44:54
    genauer messen.
    Herald: Okay, ich bin sehr gespannt, was
  • 44:54 - 44:57
    für euch im nächsten Jahr noch rauskommt.
    Ich sage es vielen lieben Dank, alles
  • 44:57 - 45:00
    Gute. Eine weitere Forschung und wie
    gesagt, ich möchte es gibt die Möglichkeit
  • 45:00 - 45:02
    da selber was zu tun. Danke noch mal für
    eine Zeit.
  • 45:02 - 45:08
    Knispel: Sehr gern.
  • 45:08 - 45:16
    *rc3 Nachspannmusik.
  • 45:16 - 45:23
    Untertitel erstellt von c3subtitles.de
    im Jahr 2022. Mach mit und hilf uns!
Title:
Astronomie mit Gravitationswellen
Description:

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Video Language:
German
Duration:
45:23

German subtitles

Incomplete

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