Astronomie mit Gravitationswellen

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Herald: Wir haben unseren allerletzten
Astro-talk heute und nachdem wir jetzt

relativ viel über Bilder hatten, machen
wir das Ganze mit dem Universum erforschen

heute mal anders und zwar über Sound und
somit Gravitationswellen. Jemand der sich

damit wirklich gut auskennt ist der
Benjamin Knispel. Denn sein

Lieblingsstelle sind Neutronensterne und
er hat auch schon ein paar davon entdeckt

und er hat auch im Bereich Pulsaren und
Gravitationswellen geforscht. Ich würde

sagen, du bist der, der bestenfalls sagen
kann, wie man so was genau macht.

Benjamin, wir sind mega gespannt.
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Benjamin: Alles klar? Vielen Dank für die
nette Einführung. Moin hier aus dem Norden

von Hannover, wo ich euch einen Überblick
geben will über Astronomie mit

Gravitationswellen. Wer das Abstract
gelesen hat weiß. Das ist ein ganz

aktuelles Thema. Das ging so richtig vor
ungefähr 6 Jahren los. Bis dahin hat man

eben Astronomie nur mit, nur in
Anführungszeichen, mit Teleskopen machen

können. Das bedeutet, man hat ins Weltall
geschaut, elektromagnetische Wellen

aufgefangen, mit speziellen Observatorien
Teilchen aufgefangen. Aber es war am Ende

alles wie ein Stummfilm sozusagen. Und das
was die Gravitationswellen jetzt machen,

ist diesem Stummfilm in bestimmten
Bereichen Sound hinzuzufügen oder aber

auch uns Sound zu geben, wo wir gar nicht
sehen können. Das, was man damit machen

kann, das möchte ich jetzt ein bisschen
erklären und näher bringen, wie unsere

Instrumente funktionieren und was wir dann
damit über das Universum lernen können.

Wenn es um Gravitationswellen geht, werden
sich wahrscheinlich viele erst mal die

Frage stellen, ob Gravitationswellen
vielleicht schon mal gehört. Aber was ist

denn das genau? Und das ist natürlich ein
entscheidender Punkt ist man das am Anfang

richtig versteht. Grundsätzlich sind
Gravitationswellen Schwingungen von Raum

und Zeit und eine Konsequenz aus der
Allgemeinen Relativitätstheorie. Und man

kann Relativitätstheorie jetzt ganz kurz
tatsächlich mit Lebensmitteln, mit einem

Apfel und einem Wackelpudding hier
erklären. Natürlich nur der grüne leckere

Wackelpudding, die anderen sind ja nicht
so gut. Und das, was wir aus Einsteins

Allgemeine Relativitätstheorie, dass die
von 1915 lernen, ist, dass Raum und Zeit

sich ein bisschen wie dieser Wackelpudding
verhalten, also Raum und Zeit, die man so

im Alltag ja als statische Sachen erfährt,
sozusagen. Der Raum scheint immer gleich

zu sein, ist im großen Maßstab und auch
wenn man ganz genau hinguckt, eben nicht

so und das verrät uns Einstein 1915 mit
seiner Allgemeinen Relativitätstheorie,

die sagt: Zum einen müssen wir Raum und
Zeit gemeinsam betrachten zu einer

vierdimensionalen Raumzeit, kann ich mir
nicht vorstellen. Ist okay, wenn ihr euch

das nicht vorstellen könnt. Aber man kann
das in drei Dimensionen sich so ein

bisschen wie so ein Wackelpudding
vorstellen. Denn was Einstein sagt, ist

Raum und Zeit. Oder diese Raumzeit, die
verändert sich in der Anwesenheit von

Massen. Unseren Wackelpudding ist das
relativ offensichtlich. Wenn ich einen

Apfel rein packe, verändert sich die Form,
die Geometrie, dieses Wackelpudding rund

um den Apfel. Und genau das ist das, was
auch in Einsteins Relativitätstheorie

passiert. Massen verändern Raum und Zeit
um sich herum oder mathematisch

physikalisch gesprochen. Sie verändern die
Geometrie der Raumzeit. Das bedeutet, der

Raum und die Zeit werden gekrümmt. In
Wackelpudding ist das relativ

offensichtlich, dass da irgendwas gekrümmt
wird. Das, was wir als Konsequenz

wahrnehmen, ist das, was wir bisher
Schwerkraft genannt haben. Denn alles

folgt immer dem kürzesten Weg in einer
Raumzeit. Und wenn die Geometrie sich

verändert hat, dann ist der kürzeste Weg
ein anderer. Und Objekte beschreiben

andere Wege, wenn Massen da sind, als wenn
keine Massen da sind. Das ist einfach

statisch. Schwerkraft bei Einstein ganz
grob umrissen. Was aber auch noch

rauskommt und das verrät uns Einstein,
dann ist das, wenn Massen sich

beschleunigt bewegen, also anfangen zu
wackeln. Dass dann die Raumzeit selber

auch wackeln kann, so wie dieser
Wackelpudding das tut. Das bedeutet, wenn

sich Massen beschleunigt bewegen, wie eben
in dem Video der Apfel fängt die gesamte

Raumzeit an zu schwingen. Diese
Schwingungen breiten sich mit

Lichtgeschwindigkeit als Wellen durch Raum
und Zeit aus. Die nennen wir dann

Gravitationswellen. Und diese
Gravitationswellen bieten uns einen neuen

Sinn zur Wahrnehmung des Universums. Die
sind, wie wir dann sehen werden, so ein

bisschen wie das Hören des Universums. So
wie Schall Schwingungen in der Luft sind,

sind Gravitationswellen Schwingungen von
Raum und Zeit, ausgelöst durch sich

beschleunigt bewegende Objekte. Das tun
sie. Dieses Ausbreiten tun sie wie gesagt

mit Lichtgeschwindigkeit. Und das
Wichtigste ist, dass diese Schwingungen

Raum und Zeit, das All im Grunde genommen
fast ungehindert durchläuft und von allen

massereichen Objekten erzeugt wird. Das
bedeutet, wenn irgendeine Masse sich

beschleunigt bewegt werden, gleich sehen.
Das da reicht nicht jede kleine Masse aus,

sondern die muss schon relativ groß sein,
um etwas messbar zu erzeugen. Aber wenn

sich diese Masse beschleunigt bewegt,
erzeugt sie Fdiese Gravitationswellen, die

Raum und Zeit in Schwingung versetzen. Und
die kommen dann im Grunde genommen

ungehindert alles durchlaufen bei uns an.
Also wir können auch Gravitationswellen

von unten durch die Erde wahrnehmen und
müssen nicht wie mit einem Teleskop klaren

Himmel haben. Es ist völlig egal, was dein
Weg ist, nicht nur hier vor Ort, sondern

auch im All. Und das bedeutet natürlich,
wir können viel mehr wahrnehmen, wenn es

denn Gravitationswellen erzeugt, weil es
egal ist, ob da irgendetwas absorbierendes

im Weg ist. Ich habe es schon gesagt,
beschleunigte Massen. Es ist zwar im

allgemeinen richtig, dass ich auch mit
meiner Schütteln den Faust irgendwie

Gravitationswellen theoretisch erzeugen
kann, aber in der Praxis ausreichend

starke Signale gibt es nur von schweren
Dingen, die sich wirklich schnell bewegen.

Deswegen ganz kurzer Überblick Was sind
denn die Quellen von Gravitationswellen,

die wir sehen und erwarten können? Das
eine sind paar schwarze Löcher. Wer jetzt

noch nicht weiß, was ein schwarzes Loch
ist, ich sage da gleich was dazu. Am Ende

ein sehr kompaktes, sehr kleines,
massereichen Objekt. Und wenn wir zwei von

denen haben, dann können die sich
umkreisen und wenn sie sich umkreisen,

beschleunigt, bewegen sich beschleunigt
und erzeugen Gravitationswellen. Es kann

auch ein paar von zwei Neutronenstern
sein. Auch hier kommt gleich noch was in

Neutronensterne. Andere kompakte Objekte.
Diese Paare können sich auch umrunden.

Dabei Gravitationswellen abgeben kann auch
eine Kombination aus beiden geben ein

schwarzes Loch und Neutronenstern, die
einander umrunden. Auch das gibt

Gravitationswellen. Alle diese drei in der
oberen Zeile. Diese Arten von

Gravitationswellen Quellen haben wir
bereits beobachtet. Was wir uns noch

erhoffen, sind einzelne Neutronensterne,
die nicht ganz rund sind, aber um die

eigene Achse rotieren. Oder aber
explodierende Sterne, sogenannte Supernova

Explosionen in unserer Galaxie. Das sind
so Dinge, wo wir wissen, das gibt

Gravitationswellen ab. Wir haben sie
bisher nur noch nicht gesehen. Vielleicht

weil die zu selten sind, als dass wir sie
regelmäßig wahrnehmen können. Und dann

gibt es ja noch die drei Fragezeichen. Es
kann natürlich sein, dass es noch andere

Quellen gibt, von denen wir bisher gar
keine Ahnung haben. Und das wäre so das

eigentlich richtig Coole, wenn wir
irgendwann ein Signal sehen. Wir wissen

Okay, das ist echt, das haben wir gesehen,
aber keine Ahnung, was es ist. Das ist

immer der Fall, wenn man Wissenschaft
wirklich spannend wird. Jetzt, wie

versprochen, kurz zu diesen Hauptakteuren
die, die uns durch den Vortrag begleiten,

also die Dinge, die wir gesehen haben. Das
eine sind Neutronensterne, Neutronensterne

und Schwarze Löcher entstehen in diesen
eben schon erwähnten Sternexplosionen.

Wenn Sterne, die schwerer sind als unsere
Sonne, am Ende ihres Lebens in ihrem

Kernbereich in sich zusammenbrechen, die
bilden dann so einen schweren Kern aus

Eisen aus. Und dieser Kern wird irgendwann
so schwer, dass die Materie nicht mehr

stabil aufrecht erhalten wird. Dann bricht
die zusammen. Wenn es hinreichend leicht

ist, kommt ein Neutronenstern raus. Den
sieht man hier in der künstlerischen

Darstellung. Dann ist diese blau weiße
Kugel da, im echten Größenvergleich mit

Hannover. Zum Glück ist da nicht echten
Neutronenstern, denn wenn das der Fall

wäre, dann wäre die Erde so nicht mehr da.
Denn dieser kleine Neutronenstern, der

ungefähr so groß ist wie Hannover, sieht
man in Satellitenbild, ist ungefähr 1,5

mal so schwer wie unsere Sonne, manche
auch zweimal so schwer. Also wirklich

richtig viel Masse, aber auf sehr kleinem
Raum, denn das Ding hat gerade mal 20

Kilometer Durchmesser. Bedeutet Die Dichte
von diesen Neutronenstern ist im Grunde

genommen die Dichte eines Atomkerne, dass
Materie, in der der ganze Leerraum in den

Atomen weggepackt ist, weg gequetscht ist
sozusagen. Das passiert, wenn der Stern

Kern zusammenbricht. Und einzelne von
diesen Neutronenstern wissen wir, gibt es.

Die drehen sich bis zu 700 Mal pro
Sekunde. Das ist also deutlich schneller

als der übliche Standmixer in der Küche.
Deswegen, weil das so extreme Objekte

sind, die zusätzlich auch noch krasse
Magnetfelder haben, sind das so mit meine

Lieblingsobjekte, meine Lieblingssterne,
weil die eben Materie unter ganz extremen

Bedingungen haben und dass unser Universum
das Universum uns der Dinge liefert, die

wir praktisch nicht im Labor erzeugen
können. Wenn dieser Neutronenstern ist an

sich stabil. Wenn jetzt aber noch mehr
Materie wieder drauf fällt von dem

zusammenbrechenden Stern, dann ist da auch
nicht mehr genug. Sozusagen physikalischer

Druck von innen ausbaubar, dass das ganze
zu einem schwarzen Loch zusammenfällt und

die Materie letztendlich der
Relativitätstheorie nach auf einen

unendlich kleinen Punkt zusammenschrumpft.
Die so unendlich kleiner Punkt ist die

Singularität in der Mitte dieses ganz
einfachen Schwarzen Lochs, das ich jetzt

hier nicht drehen soll. So ein schwarzes
Loch hat wenig Eigenschaften, das hat die

Masse in einem Punkt. Dann gibt es einen
sogenannten Ereignishorizont. Das ist die

Distanz, ab der ich nicht mehr entkommen
kann, ab der ich im Prinzip schneller als

mit Lichtgeschwindigkeit wegfliegen
müsste. Den Ereignishorizont unterteilt

das Universum in zwei Bereiche. Es gibt
jenseits des Ereignishorizont aus unserer

Sicht von außen und diesseits. Und sobald
ich jenseits bin, komme ich nicht mehr

raus. Deswegen Schwarzes Loch, weil alles,
was da reinfällt, darin verschwindet. So

ein schwarzes Loch hat im Prinzip eine
Größe, die kann man mit diesen sogenannten

Schwarzschild Radius angeben. Das ist eine
von den zwei Formeln, die hier vorkommt.

Da sind Konstanten drin. Dieses R der
Schwarzschild Radius bestimmt sich

letztendlich aus Gravitationskonstante.
Das ist das große G der

Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat unten und
M mit der Masse des Schwarzen Lochs. Also

je schwerer das schwarze Loch, desto
größer. Schwarze Löcher sind aber extrem

langweilig. Die haben genau drei
Eigenschaften: Sie haben eine Masse. Ja,

wenn ich die Masse kenne, dann weiß ich
schon sehr viel über das schwarze Loch.

Die haben einen Drehimpuls, was man als
Spin bezeichnet. Also die können rotieren

um die eigene Achse, weil die einfallende
Materie auch rotieren kann. Und die haben

theoretisch noch eine elektrische Ladung,
die aber in der Natur nicht vorkommt, weil

der Stern insgesamt zusammenbricht,
elektrisch neutral ist. Das bedeutet,

schwarze Löcher sind wirklich langweilige
Dinge. Da brauche ich ein paar Zahlen,

Masse und den Drehimpuls. Das sind drei
Zahlen, wenn ich will. Um die Ausrichtung

zu haben und dann kenne ich das schwarze
Loch. Das wird, egal ob es ein schwarzes

Loch einfalle, einfallen lasse, am Ende
kommen gleich das ganze Ding durch ein

paar Zeilen schreiben. Das sind die
Objekte, die wir beobachten können und die

wir mit Gravitationswellen dann, das
erkläre ich gleich, noch auch ausmessen

können und etwas über sie erfahren können.
Das ist das Besondere, denn Schwarze

Löcher sind schwarz. Kann ich nicht sehen.
Das bedeutet, ich habe wenig

Möglichkeiten, die zu beobachten, außer
mit Gravitationswellen. Und die

Neutronensterne sind, wie man gesehen
haben, sehr, sehr klein. Und selbst wenn

die heiß sind, leuchten die nicht
besonders hell. Das bedeutet, ich sehe

unter Umständen nicht sehr viele und kann
die dann auch nicht genau erforschen in

ihren einzelnen Eigenschaften der Materie.
Das kann ich mit Gravitationswellen auch

tun. Jetzt aber zurück zu den
Gravitationswellen und unserem zitternden

Wackelpudding. Wie messe ich das denn
eigentlich? Was sind denn jetzt wirklich

die Effekte? Offensichtlich ist die
Raumzeit nicht Wackelpudding in

Waldmeister Geschmack, sondern
physikalische Eigenschaft, an der ich

tatsächlich etwas festmachen kann. Da
können wir uns übertrieben angucken, was

Gravitationswellen machen. Stellen uns
vor, wir sind irgendwo in der

Schwerelosigkeit im freien Fall. Dann
können wir aus kleinen Massen so ein Kreis

vor uns setzen. Der schwebt dann, wenn wir
nichts machen, idealerweise lange in

dieser Kreisbahn vor sich hin. Wenn jetzt
eine Gravitationswelle kommt und von

hinten oder von vorne senkrecht durch
diesen Ring läuft, also jetzt hier

senkrecht aus dem Schirm oder einen Schirm
rein, dann dehnt und staut diese

Gravitationswellen den Raum senkrecht zu
der Ausbreitung Richtung extrem

übertrieben dargestellt, so wie man das
hier sieht. Das bedeutet, der Raum wird

immer in der Waagerechten zusammengedrückt
und gleichzeitig in der Senkrechten

gestreckt und in der nächsten halben Welle
andersrum. Das ist der Effekt, den

Gravitationswellen haben und das ist der
messbare Effekt, den ich versuchen muss,

irgendwie wahrzunehmen. Das sind
Längenänderung. Es ist jetzt hier extrem

übertrieben dargestellt. Wenn wir so durch
geknetet werden würden, würden wir es ja

merken. Grundsätzlich gilt: Diese
Längenänderung, die wir messen, ist ein

relativer Effekt, weil der Raum selber
gedehnt und gestaucht wird. Bedeutet, wenn

ich etwas größeres betrachte, dann wird
natürlich auch die Längenänderung am Ende

größer oder kleiner. Ich kann es immer in
Prozent angeben, wobei sich herausstellt,

dass Prozent oder Promille hier nicht eine
gute Größenordnung, Einheit ist. Denn die

relative Längenänderung bei den stärksten
Gravitationswellen, die wir aus dem

Weltall erwarten können, ist bei zehn hoch
minus 21, also von einer Länge ein

Tausendstel, davon ein Milliardstel und
von diesen tausendsten Milliadstel noch

mal Milliardstel. Klingt unvorstellbar
klein, ist es auch. Bedeutet nämlich, dass

die Bahn der Erde sich um den Durchmesser
eines einzelnen Atoms ändert. Das ist die

Bahn der Erde um die Sonne. Ich muss also
im Prinzip, um Gravitationswellen zu

messen, den Abstand zwischen Erde und
Sonne auf ein Atom genau bestimmen, was

offensichtlich nicht geht. Grundsätzlich,
was da drin steckt in diesen

Gravitationswellen, wenn man die
ausrechnen will, konkret, dann ist das

rechts. In dieser Formel sieht man eine
zweite Zeitableitung. Das ist dieses D2

nach dem Quadrat. Das quadrat ist das
Quadrat Pol. Moment der Massenfertigung.

Davor stehen jede Menge Zahlen, Konstanten
und das, was die Gravitationswellen am

Ende so klein macht, ist dieses Eins durch
Lichtgeschwindigkeit, eins durch C hoch

vier. Was da steht das gleiche. Egal was
ich rechts habe, ich kann das immer durch

Lichtgeschwindigkeit hoch 4, da wird alles
was da drin steht unglaublich klein. Und

am Ende liegt es daran, dass ich das die
Raumzeit, die ich versuche in Schwingung

zu versetzen, dass die unglaublich steif
ist, letztendlich mit unglaublich viel

Energie reinkommen muss, damit tatsächlich
sich da irgendwas bewegt. Und es ändert

sich auch noch mit dem Abstand. Je weiter
ich weg bin, desto schwächer ist es.

Nichtsdestotrotz gibt es Instrumente, die
können diese winzigen Längenänderung

messen und das können wir uns hier einmal
anschauen. Das sind sogenannte

Laserinterferometer. Prinzip ist ganz
einfach. Ich habe ein Laser und strahle

von dem Licht auf einen Strahlteiler. Das
wird jetzt in zwei sogenannte Arme

aufgeteilt, durchläuft lange Strecken,
wird dort zurück reflektiert, trifft sich

wieder am Strahlteiler und wird dort
überlagert. Und je nachdem, wie diese

beiden Wellen zusammenkommen, heben sie
sich entweder jetzt perfekt auf ihre

elektrischen Felder und es kommt kein
Licht heraus. Wenn jetzt aber eine

Gravitationswelle kommt, führt die eben zu
einem Dehnen und Stauchen der Arme, genau

so wie ich das gezeigt habe. Und hier in
der vereinfachten Version ist es

dargestellt, als würden sich die Spiegel
bewegen. Und das hat zur Folge, dass sie

am Ausgang des Detektors die Wellen
zueinander verschieben und die Helligkeit

sich ändert. Das bedeutet so ein Laser-
Interferometer übersetzt mir

Gravitationswellen in Helligkeitsänderung,
die ich elektronisch aufzeichnen kann,

beispielsweise. Von diesen
Laserinterferometer gibt es derzeit auf

der Welt 5 Stück, die im Prinzip in
Betrieb sind. Hier sieht man Bilder von 4.

Es gibt noch einen unterirdischen Detektor
Kagra, von dem man ganz offensichtlich

kein so einfaches Bild zeigen kann. Die
haben alle im Prinzip denselben Aufbau.

Das ist so ein großes L in der Landschaft,
das eben diese Laserlaufstrecken, die ich

eben gezeigt habe, beherbergt. Das uns
nächstgelegene sozusagen ist. Also ich

weiß es nicht, wo ihr alle sitzt, aber
wenn man in Deutschland ist, das

nächstgelegene ist in der Regel GEO 600,
das ist das von unserem Institut zusammen

mit britischen Partnern betriebene
Gravitationswellen Observatorium südlich

von Hannover. Da ist der Fokus auf
Technologieentwicklung, weil es immer der

kleinste Detektor von allen gewesen ist,
denn da sind die Strecken nur 1,2 km lang.

Der nächst größere Detektor Kagra befindet
sich in der Nähe von Pisa in Italien. Da

sind das 3 km lange Läsermessstrecken und
ihr erinnert euch, je größer desto

empfindlicher kann ich messen, weil meine
Längenänderung am Ende größer wird. Kagra

hat auch 3 km lange mehr Strecken. Das
befindet sich in Japan und die beiden

größten Detektoren sind die
Lagendetektoren in Herford und in

Livingston, die 4 km lange Lasern
messstrecken. Um kurz eine Idee davon zu

geben, was die messen müssen. Die relative
Längenänderung wir erinnern uns, ist

maximal 10 noch mehr als 23 schwächer geht
immer, wenn es geringere Massen sind, wenn

es weiter weg ist, oder? Jetzt habe ich
eine 1000 grob 1000 Meter lange Strecke.

Das bedeutet absolute Längenänderung ist
10 hoch minus 18 Meter. Das ist der

tausendste Teil eines
Atomkerndurchmessers. ganz grob. Würde ich

muss so winzige Änderung messen, aber mit
diversen technischen Kniffen, die man sich

nicht alle angucken wollen, können wir
gerne in den Fragen darauf eingehen oder

eine extended Session am Ende haben. Die
erreicht man eine noch viel höhere

Messgenauigkeit und kann es tatsächlich
nachweisen. Am Ende sind diese Detektoren

empfindlich für Gravitationswellen mit
Frequenzen im Audio Bereich. Das bedeutet

aber, wenn ich Schwingungen der Raumzeit
im Audio Bereich messen kann, dann kann

ich natürlich das ganze als Mikrofon für
Gravitationswellen betrachten. Das

bedeutet, ich kann dann eben wirklich
Dinge hören, die im Weltall passieren und

im wahrsten Sinne des Wortes das blöde.
Ich kann das Ausgangssignal im Prinzip

wirklich irgendwo drauflegen und anhören,
was dann dabei rauskommt. Diese Detektoren

lauschen ins All. Sie tun das auch sehr
empfindlich. Hier ist nur ein Beispiel.

Das was man hier sieht, sind Spectra, das
Hintergrundrauschen, das in diesen

Detektoren anliegt und zwar in der letzten
gemeinsamen großen Messkampagne, die 2020

dann auch durch die Pandemie vorzeitig
beendet wurde. Was man sieht hier auf der

Querachse ist die Frequenz der
Gravitationswellen, die man versucht zu

messen. In der logarithmischen Skala links
10 Hertz, rechts 6 kHz, glaube ich. Das

bedeutet ist so ein guter Teil des Audio
Spektrums. Man sieht verschiedenfarbige

Kurven für jeden Detektor einen. Wir
gucken uns einfach die blaue und die rote

an, weil das die am weitesten unten
liegende sind. Und auf der hoch Achse

sieht man die Empfindlichkeit verglichen
mit einer Gravitationswelle, einer

bestimmten Stärke sozusagen. Je tiefer
diese Kurven liegen, desto geringer ist

das Hintergrundrauschen. Das kommt aus
fundamentalen physikalischen Instrumenten

Quellen und das Ziel ist es am Ende diese
Empfindlichkeit Kurve so weit runter zu

drücken, dass sich mehr Gravitationswellen
messen kann. Und die beiden am tiefsten

liegenden sind die von den beiden größten
Detektoren von den gleichen Livingston,

die rot und die blaue Kurve und die
stärksten Gravitationswellen, die wir

erwarten können, die wären so ganz grob
auf der Höhe dieser grünen Quer Linie bei

diesen zehn hoch minus 21 und die
Frequenzen sind typischerweise so im

mittleren Frequenzbereich, also irgendwas
zwischen 100 und 1000 Hertz. Und da sieht

man zwischen einem Signal, das diese
Stärke hat und dem Rauschen darunter ist,

ein deutlicher Abstand. Das bedeutet das
Signal zu Rausch, Verhältnis oder Signal-

Rausch Abstand ist bei den
Längendetektoren so hoch, dass man diese

Signale auf jeden Fall sehr, sehr laut
sozusagen messen kann. Und das tun wir.

Üblicherweise so, dass mehrere
Messkampagnen hintereinander, die

teilweise von Umbau, Pausen, kurzen
Pausen, aber wie auch jetzt gerade

jahrelangen Umbau Pausen unterbrochen
werden, in denen man die Detektoren

verbessert. Und wir haben gemessen, das
erste Mal 2015 begonnen, seit dem 3.

Märzkampagnen gemacht. Der letzte, wie
gesagt, war im März 2020 zu Ende und wir

haben vieles gemessen. Ich zeige das jetzt
einmal im Überblick und dann gucken wir

uns ein paar Highlights an und beantworte
die Frage: Was haben wir denn bisher

entdeckt und was haben wir daraus gelernt?
Das hier ist dieses Maßes Mistella

Gracefeld, in das der LKW fährt, ist
sozusagen der Überblick aller verstorbenen

Sterne, deren Überreste wir gesehen haben.
Man sieht vor allem erstmal viele blaue

Kugeln. Diese blauen Kugeln stellen
jeweils die von LIGO, Würge und Khadra

gemessenen schwarzen Löcher dar. Die Höhe
über der Querachse zeigt einfach an, wie

schwer sie sind. Und man sieht es. Da gibt
es einige, die sind deutlich über 100

Sonnenmassen schwer. Das schwerste, das in
der Mitte sich hier befindet. Da kann man

sehen, dass es ungefähr 100 Sonnenmassen
schwer und dann gibt es da drunter noch

einen Punkt, der auf einem Pfeil liegt.
Das ist so um die 80, ich glaube 60 60

Sonnenmassen schwer. Also was das? Zwei
Schwarze Löcher. Die umrunden einander,

berühren sich irgendwann, verschmelzen zu
einem neuen schwarzen Loch und das ist da

dort dargestellt. Ich gehe einmal kurz
hier rüber in das Fenster. Das ist also

hier in der Mitte dieser dieser, dieses
schwarze Loch bei 60 Sonnenmassen, da

drüber als knappe 100 Sonnenmassen. Und
die verschmelzen dann zu einem von 160

Sonnenmassen ungefähr. Und das ist so ein
typisches Signal, was wir sehen. Und von

diesem Verschmelzen mit Schwarzen Löchern
haben wir 90 Stück gesehen. Dass das

bedeutet haben eben viele verschmelzen
schwarze Löcher gesehen, das ist das das

Haupt, die Hauobjekte, die wir entdecken.
Dann sieht man unten noch orange Kugel,

die bei niedrigeren Massen sich befinden.
Das sind diese sogenannten

Neutronensterne, die alle eben so maximal
2 Sonnenmassen schwer sind. Da sieht man

auch 2 Verschmelzung von Neutronenstern
mit Neutronenstern zu. Wir wissen es nicht

genau, wahrscheinlich schwarzen Löchern
und es gibt auch ein paar Objekte, wo eben

diese Kombination von schwarzem Loch und
Neutronenstern zusammenkommt. Die roten

und die gelben Punkte sind vorher bekannte
Schwarze Löcher und Neutronensterne aus

anderen indirekten Beobachtungen im Fall
der Schwarzen Löcher. Aus all diesen

Beobachtung können wir jetzt schließen,
dass sie nur ganz kurz bevor Sie

vielleicht an Highlights angucken wollen.
Das eine, was wir gelernt haben, ist

Einstein hatte auch mal Unrecht. Einstein
hat nämlich zeit seines Lebens bezweifelt,

dass diese Lösung seine Allgemeine
Relativitätstheorie, die Schwarze Löcher

sind, in der Natur existieren wird. Das
kann nicht sein. Es entsteht nicht durch

Papers geschrieben und argumentiert. Die
Natur wird so die Entstehung von diesen

Objekten nicht erlauben. Jetzt sehen wir
Dinge, die sich so verhalten wie schwarze

Löcher, also Datum Unrecht gehabt. Er hat
natürlich wieder recht gehabt, weil seine

Relativitätstheorie die Gravitationswellen
beschreibt. Also wir wissen, dass die

Gravitationswellen sehr exakt von seiner
Theorie beschrieben werden, was wieder so

ein bisschen langweilig ist, weil man sich
erhofft hatte, vielleicht irgendwo Ansätze

zu finden, wo die Relativitätstheorie da
nicht stimmt, weil wir wissen, es ist

nicht der Weisheit letzter Schluss. Wir
können die Eigenschaften Schwarzer Löcher

direkt messen, zum Beispiel ihre Massen,
aber auch ihre Spins in einigen Fällen und

können uns einen Überblick verschaffen
darüber. Zum Beispiel, wie sieht denn die

typische Population von Verschmelzen
Schwarzen Löchern aus? Wie schwer sind

die? Wie schnell drehen sie sich
umeinander, welche Massenverhältnisse gibt

es dann usw.. Und das sind so die groben
Dinge, die man aus der ganzen

Populationsgeschichte machen kann. Wie das
im Typischen funktioniert, will ich ein

paar Beispiele zeigen. Signale haben bei
uns immer ein relativ unspektakulär Namen,

die heißen an so was wie GW150914, das ist
einfach die Gravitationswelle oder eben

Gravitation Wave aus dem Jahr 2015. Die
ersten beiden Ziffern dem neunten Monat

und dem 14. Tag, also die
Gravitationswelle, die man am 14. 9. 2015

gemessen hat. Das war auch das allererste
Signal, das man gesehen hat und das, was

die Detektoren dann tatsächlich messen,
das sind hier nur ganz wenig bearbeitete

Rohdaten. Das kann man hier sehen. Das
sind beides Zeitreihen, die jeweils

ungefähr 0,2 Sekunden der Daten zeigen.
Links in Rot, die Daten von dem einen,

LIGO Detektoren rechts in Blau, die Daten
von dem anderen LIGO Detektoren. Die

Hochachse zeigt hier die Stärke der
Gravitationswellen in Einheiten von diesen

zehn auch minus 21 und wir können bei der
roten Kurve das angucken. Die fängt so bei

0,3 Sekunden. Ungefähr sieht man, dass
sich das so langsam so eine Welle aufbaut.

Und diese Welle wird in der Amplitude
höher und in der Frequenz höher bis zu

ungefähr 0,43 Sekunden, dann hört es auf.
Wenn man sich das anhört, ist das so eine

macht einen "uap" laut. Und dieses
typische Geräusch, das ist das, was man

Verschmelzen von Objekten bekommt. Die
Objekte umrunden einander, geben

Gravitationswellen ab, kommen einander
immer näher und näher, umrunden einander

immer schneller. Die Beschleunigung wird
größer, die Gravitationswelle wird lauter

und irgendwann berühren die sich und
verschmelzen zu einem neuen Objekt, das

alleine keine Gravitationswellen abgibt.
Das Signal hört auf. Wenn man mit beiden

Detektoren identisch sieht und das zeigt
die blaue Messung sozusagen von dem

anderen Detektor rechts daneben. Das rote
ist noch mal ein bisschen gespiegelt,

seitlich verschoben, drunter gelegt. Dann
weiß man Okay, das ist wahrscheinlich

echt. Das wird statistisch ausgewertet,
inwieweit das tatsächlich zusammenhängt.

Am Ende kann man aus dieser Form der Welle
dann schließen, was da passiert ist. Und

zwar in diesem Fall weiß man, dass da zwei
Schwarze Löcher mit circa jeweils 30

Sonnenmassen verschmolzen sind. Das kann
man auch demonstrieren. Da gibt es von

LIGO so nette Online-Tools, wo man das
ausprobieren kann, wie zum Beispiel

Wellen, wie zum Beispiel die Massen und
die Empfindlichkeit sich auswirken und an

der URL, die ich unten eingeblendet habe,
kann man sich dann so ein Film angucken,

wo man die Daten, das ist das Blaue mit
einer aus der Allgemeinen

Relativitätstheorie berechneten Wellenform
vergleichen kann und kann jetzt an diesen

Reglern hier rumspielen, einmal links die
Gesamtmasse und rechts die Entfernung, bis

man meint, man hat eine gute
Übereinstimmung gefunden zwischen diesen

beiden Größen, also zwischen der beide,
zwischen den beiden Kurven, die man dort

sehen kann. Und da kann man es eben so
einstellen. Dann kommt man auf das, was

ich ihm gesagt habe. Gesamtmasse so um 64
Sonnenmassen ungefähr. Empfindlichkeit

kann man so auf ungefähr 1,3 Milliarden
Lichtjahre. Dann bekommt man eine relativ

gute Übereinstimmung zwischen den beiden
Kurven, die natürlich noch das Detektoren

schnell drauf haben und dem eigentlichen
und dem, also zwischen der theoretischen

Kurve und dem gemessenen Signal. Und so
kann man ganz grob Eigenschaften messen.

Der Spin würde die Form dann noch mal
anders verändern und so weiter. Man könnte

jetzt den Eindruck bekommen, dass da
irgendwie nicht viel passiert, weil dieses

Signal so unvorstellbar kleines ist, 10
hoch minus 21 das bedeutet haben wirklich

gemessen, wie sich um den 1000 Atomkern
Durchmesser was bewegt hat in den

Detektoren. Man kann sich aber angucken,
was da Energie in der Energie drinsteckt.

Und dazu kann man sich angucken aus dem
Paper, was ist die Masse des ersten

Schwarzen Lochs, was die Masse des
zweiten, zweiten Schwarzen Lochs und was

unter Annahme, dass die
Relativitätstheorie stimmt, ist die Masse

des entstandenen Final Black oder so
entstandenen Schwarzen Lochs. Sieht man,

da fehlen scheinbar drei Sonnenmassen.
Diese drei Sonnenmassen fehlen natürlich

nicht, die sind in Energie als
Gravitationswellen abgegeben worden. Das

bedeutet aber, diese drei Sonnenmassen
werden mit E gleich M mal C Quadrat

komplett in Gravitationswellen
umgewandelt. Das erfolgt im Wesentlichen

in den letzten 0,2 Sekunden und das
temporäre der Vorgang mit der größten

Leuchtkraft. Man sieht ja nichts im
gesamten Universum. Die Leistung ist in

der Spitze 50 mal so hoch wie alle Sterne
des Universums, gleichzeitig aber eben

vollkommen unsichtbar. Wir können es nur
mithilfe unserer Detektoren tatsächlich

dann wahrnehmen. Man kann auch bestimmen,
woher das Ganze kam, weil wir zwei

Detektoren mindestens haben. Das ist dann
so, wie wir mit unseren Ohren wahrnehmen

können, von woher etwas kommt, kann man es
bei den Detektoren auch machen. Eine

andere spannende Frage, auf die man neue
Antworten bekommen hat mit

Gravitationswellen ist die, nach dem
Ursprung des Goldes im Universum. Also

Gold spielt auf der Erde kulturell und
wirtschaftlich immer noch eine Rolle und

man hat schon lange die Vermutung gehabt,
dass, Elemente wie Gold und Platin hier

einmal umrundet, im Wesentlichen einen
Ursprung haben in verschmelzen

Neutronenstern. Sie ist einfach das
Periodensystem der Elemente und wo die

herkommen. Kurz nach dem Urknall gab es
nur diese bläulichen Dinge als im

Wesentlichen Wasserstoff, Helium und
kleines bisschen Lithium. Sterne wie

unsere Sonne die Massen haben Sterne
können dieses hellgelb erzeugen, dass es

diese kleine Ecke unten bei Platin und
Gold, die man jetzt sieht. Aber der

allergrößte Teil von den schweren
Elementen kommt tatsächlich aus den

Verschmelzen und Neutronenstern. Das ist
dieses Dunkel Orange. Und das war bisher

eine Theorie. Das kann man aber dann
verifizieren, indem man sich eben

verschmelzen, Neutronensterne anguckt.
Verschmelzene Neutronensterne tun mehrere

Dinge. Die geben zum einen zuallererst
Gravitationswellen ab, dann verschmelzen

sie. Sie geben ein Gammastrahlen Blitz ab.
Das ist das Violette. Dann entsteht eine

Explosionswolke, das ist dieses Bläuliche,
das jetzt langsam abkühlt aufgrund des

radioaktiven Zerfalls. Und wenn man noch
ein bisschen wartet, kann man auch noch

nach Leuchten sehen, wenn dieses Schloss
entsteht, mit dem Gas zwischen den Sternen

zusammenstößt. Wenn man so etwas jetzt in
allen Details beobachten könnte, dann

könnte man ja sehen, ob es tatsächlich
entsprechende Entstehung von schweren

Elementen gibt. Und genau das kann man
tun. Und genau das ist gelungen. Man hat

nämlich ein Gravitationswellensignal
gehabt am 17. 8. 2017 beobachtet von den

LIGO Detektoren und dem Virgo Detektor, wo
man zum einen erst mal Gravitationswellen

gefunden hat, die eindeutig sagen da
verschmelzen zwei Neutronensterne.

Spannend ist jetzt, gibt es dazu passende
Gammastrahlenblitz und das ganze sieht man

tatsächlich in dieser Darstellung. Die
Verschmelzung der Neutronensterne erfolgt

jetzt und 1,7 Sekunden später gibt es eine
Nachweis von Gammastrahl von einem

Satelliten namens Fermi, der die Erde
umrundet. Das könnte jetzt erst mal

zufälliger Zusammenhang sein, aber man
kann eine himmlische Schatzkarte malen,

die ungefähr so aussieht. Diese Kugel, die
man sieht, ist aus irdischer Sicht werden

in der Mitte dieser Kugel und das Außenrum
wäre der gesamte Himmel sozusagen. Aus den

LIGO und Virgo Daten kommt heraus, dass es
diese kleine dunkelgrüne Gurke, die mit

LIGO Virgo markiert ist. Innerhalb dieses
Bereichs sind irgendwo die Neutronensterne

verschmolzen, zumindest die, die wir mit
Gravitationswellen gemessen haben. Der die

Fermi Beobachtung die eines anderen
Gammastrahlen Satelliten ist dieser

Bereich, wo sich die beiden hellblauen und
dunkelblauen Bereiche überschneiden, der

auch perfekt überlappt mit dem
Gravitationswellen Bereich. Das Beispiel

der Gammastrahlen Blitz kam mit sehr sehr
großer Wahrscheinlichkeit tatsächlich von

dieser Neutronenstern Verschmelzung. Diese
leichte Verzögerung, die man gesehen hat,

liegt nicht daran, dass die
Gravitationswellen überlichtschnelle sind,

sondern dass in dieser Explosion, die da
entsteht es einen Moment dauert, bis die

Gammastrahlen durchbrechen. Was man jetzt
machen kann man kann die Entfernung

Messung der Gravitationswellen kommt raus
so ungefähr 130 Millionen Lichtjahre in

dem Fall verwenden und nach Galaxien
suchen und gucken, ob da irgendwo ein

neuer Stern aufgetaucht ist, nämlich diese
Explosion Wolke. Das gelingt ungefähr elf

Stunden später. Das sieht man rechts in
diesem Negativbild. Neben einer Galaxie,

die ungefähr 130 Millionen Lichtjahre weg
ist, ist durch dieses Fadenkreuz markiert,

ein neuer Stern aufgetaucht. Und dieser
neue Stern, das heißt ein Kilo Nova, das

ist die Explosionwolke. Den kann man jetzt
beobachten. Und da gibt's jetzt hier einen

Zeitraffer. Das ist jetzt eine
Darstellung, so wie das in echt Farbe

ungefähr aussehen würde. Der gelbe Fall
ist rein montiert, der zeigt, wo gleich am

Anfang jetzt nur die linke Seite angucken,
wo diese Kilo Nova auftaucht. Das ist ein

altes Archivbild, da ist die Kilo Nova
dann noch nicht zu sehen. Dieser weiße

Blob ist diese Galaxie, also ungefähr 100
Milliarden Sterne. Die meisten hellen

Punkte sind irgendwie Fordergrund Sterne
und wir starten jetzt einfach mal den

Zeitraffer und dann sieht man, daneben
taucht diese Explosion Wolke auf, ist am

Anfang heiß und blau. Mit so vier, fünf
Tage danach kühlt sie sich schon sichtbar

wird Licht schwächer und vor allem auch
rötlicher. Jetzt, so nach sieben Tagen,

ist sie richtig schön tiefrot geworden.
Das bedeutet, es kühlt sich eben weiter ab

und man kann das Ganze verfolgen über
längere Zeit. Und hier ist es so ungefähr

nach elf Tagen bricht es ab. Man kann das
ein bisschen länger. Sie Auf der rechten

Seite sieht man Spectra, also die
Energieverteilung über die

Helligkeitsverteilung über die Farben,
dass dieses Spektrum hier ist links im

sichtbaren Bereich, rechts aber irgendwie
tief im Infraroten. Was man aber sehen

kann, ist, dass es da bestimmte Dellen
gibt. Also das ist nicht immer so eine

schöne, gleichmäßige Kurve, sondern da
gibt es relativ charakteristische Dellen.

So bei hier werden zwischen 0,8 und 1,0
und diese Dellen, die kommen von der

Anwesenheit schwerer Elemente wie Gold und
Platin, die ein Teil des Lichtes

absorbieren und verschlucken. Was wir am
Ende aus diesen Beobachtungen zusammen mit

Computermodellen schließen können, ist das
Gold, Platin und Co eben tatsächlich im

Wesentlichen aus Verschmelzen schmelzenden
Neutronensterne stammen. Das bedeutet

aber, wenn jemand jetzt Goldschmuck trägt,
ist das mit allergrößter

Wahrscheinlichkeit, Überrest von einer
Neutronenstern Verschmelzung, deren

Überreste in die Urvolke unseres
Sonnensystems gekommen sind. Also wieder

so eine schöne direkte Verbindung zum
Kosmos. Zum Abschluss noch ganz kurzen

Überblick über ein paar Highlights, die
wir auch noch hatten. Ich kann natürlich

nicht alle 90 Signale da durchsprechen,
aber es gibt so ein paar Dinge, die

besonders auffällig waren. Und das eine
ist ein Signal vom. In 2019 gab es eine

weitere Neutronenstern Verschmelzung im
Hintergrund künstlerische Darstellung, wo

die Komponenten zusammen erstaunlich
schwer waren. Das könnte der erste Hinweis

darauf sein, dass es Neutronenstern Paare
gibt, die insgesamt schwerer sind als die,

die wir bisher kennen. Möglich. Wir werden
es nur dann wissen, wenn wir weiter

beobachten und noch mehr solcher Signale
sehen. In dem Fall haben auch nur die

Gravitationswellen gesiegt. Bis zum 12. 4.
2019 war es so, dass die Schwarzen Löcher,

die wir gesehen hatten, immer sehr
ähnliche Massen hatten. Und wenn dieser

ähnliche Massen haben, dann könnte man
jetzt erwarten, dass das fast immer so ist

und am 12. 4. 2009 das erste Mal eins
gesehen, wo das schwere schwarze Loch

dreieinhalb mal schwerer ist als das
leichte schwarze Loch. Das ist zum einen

ein bisschen ungewöhnlicher, kommt aber
aus den Modellen auch raus. Erwarten wir.

Was aber auch das Besondere ist, dass sich
dann in dem Signal nicht nur eine Frequenz

von den Gravitationswellen zeigt, sondern
Obertöne wie bei Musikinstrumenten.

Vorhersage aus der Allgemeinen
Relativitätstheorie kann man auch hier

einen Haken dran machen. Am 14. 8. 2016
gab es eine rätselhafte Verschmelzung

richtig mittelschwer schwarzes Loch, so 23
mal so schwer wie unsere Sonne ist mit

einem neunmal so leichten Objekt
verschmolzen. Das könnte entweder das

schwerste schwarze Loch, das leichteste
schwarze Loch sein, das wir kennen, oder

der schwerste Neutronenstern, den wir
kennen. Wir wissen nicht, was es ist. Wir

können es auch nicht genau sagen anhand
der Gravitationswellen. Aber es wird noch

mehr solcher Signale geben. Und daraus
kann man dann vielleicht irgendwann

lernen, wie schwer so Neutronenstern
werden kann, bevor zum Schwarzen Loch

wird. Das wissen wir nämlich nicht. Und
wir haben am 21. Oktober 2019 die Geburt

eines sogenannten mittelschweren Schwarzen
Lochs entdeckt. Das ist ein bisschen

verwirrend vom Namen her. Mittelschwer
alles, was schwerer als 100 Sonnenmassen

ist. Also eigentlich sehr schwere Schwarze
Löcher. Aber es gibt ja auch noch die

extrem schweren, die über 100000
Sonnenmassen und diese zwischen 100 und

hunderttausend Sonnenmassen. Da wussten
wir bisher nicht, ob es die wirklich gibt.

Es gab indirekte Hinweise, da haben wir
jetzt tatsächlich den eindeutigen Hinweis

gesehen, es gibt es und wir haben es die
Entstehung gesehen aus zwei schwarzen

Löchern. Als allerletztes noch der
Hinweis: Wie kann ich, wie könnt ihr

mitmachen, wenn euch das Ganze irgendwie
interessiert? Gibt es zwei Sachen linker

Hand? Einmal Wir betreiben am Institut
Einstein at home. Es ist ein verteiltes

freiwilliges rechen Projekt, wo man auf
seinen Rechnern, aber auch Smartphones

Rechenzeit zur Verfügung stellen kann.
Entweder wenn die gerade nicht aktiv

genutzt sind oder auch sonst
währenddessen, um nach Neutronenstern zu

suchen. Da gibt es verschiedene Suchen.
Die Hauptsache ist die nach

Gravitationswellen von einzelnen
Neutronenstern, die sich drehende leichte

Beule haben und dabei leise sogenannte
kontinuierliche Gravitationswellen

abgeben. Wir suchen aber auch nach
Radiowellen und Gammastrahlen von diesen

Neutronenstern und haben bisher über die
Radiowellen und Gammastrahlen mehr als 80

neue Neutronensterne entdeckt. Im
Vergleich zu den 3000 insgesamt, die man

kennt, ist das schon ganz ordentliche
Anteil. Die Gravitationswellen von diesen

Objekten, das ist noch offen. Wer da
mitmachen will, findet unter

[e-mail] mehr Infos. Das ganze
ist zum Teil auch Quelle offen und man

kann da auch in diesen Code selber
reingucken. Und wenn da jemand

Verbesserungen hat, sind wir natürlich
dafür immer offen. Das andere, wenn man

mehr von der beobachtenden Seite kommt. Es
gibt eine App namens Chop. Die URL steht

da unten. Da wird man in dem nächsten
Beobachtungslauf, der so Ende 2022

beginnen sollte, live darüber informiert,
wenn neue Gravitationswellen gefunden

wurden und kann gegebenenfalls mit seinen
eigenen Teleskopen nachgucken, ob man denn

da zum Beispiel ein Nachleuchten von
Verschmelze Neutronenstern sieht. Und das

kann man auch über eine Website machen.
Das ganze da ist aber eine Implementation,

dass man es eben dann hoffentlich ab 2022
auch mit Push Notifications auf sein Handy

bekommt. Also das kann man sich natürlich
auch selber coden. Sodass man dann

gegebenenfalls nachts aufstehen und
beobachten kann, wenn es da was zu sehen

gibt. Ich bedanke mich schon mal für die
Aufmerksamkeit und hoffe wir haben noch

ein paar Fragen.

Herald: Haben wir. Ich möchte mich aber
erst mal auch im Namen des Chips für den

extrem spannenden und verständlichen
Vortrag bedanken. Das haben mehrere hier

gepostet. Ich gehöre auch dazu. Es war
wirklich ein sehr, sehr schöner Vortrag.

Sehr verständlich erklärt.
Knispel: Danke.

Herald: Wir haben sehr viele Fragen. Ich
werde probieren, einige davon hier

loszuwerden. Die Entwickler. Wir hatten am
Anfang gleich einen Vergleich im dunklen

Raum. Da kann man ja die Wahrnehmung des
Schales durch die Wano im des ist etwas

über die Geometrie des Raumes erfahren.
Kann man das gleich jetzt auch für

Gravitationswellen sagen? Und wenn ja, was
verraten Sie über den Raum Geometrie?

Knispel: Okay, also die Idee ist, wenn ich
jetzt in dem Raum bin und etwas höre, dann

kann ich daraus verstehen, wie der Raum,
wie groß der Raum ist oder so was. Ja, man

kann. Es gibt spezielle Fälle, Fälle, wo
das geht. Das was einige wahrscheinlich

kennen, ist das Licht von Massen.
Abgelenkt wird durch sogenannte

Gravitationslinsen und dieser
Gravitationslinsen Effekt. Der gilt auch

für Gravitationswellen. Das bedeutet, wenn
ich zum Beispiel zwischen mir und meiner

Gravitationswellen Quelle hier irgendwie
im Weg ein schweres Objekt habe, dann wird

die Gravitationswellen einmal herumfliegen
und einmal darum fliegen und

gegebenenfalls unterschiedlich lange
brauchen. Und das kann man nutzen, um die

Masse in der Mitte zu bestimmen. Das ist
jetzt bei Gravitationswellen noch nicht

der Fall, weil wir die eben nur ab und an
sehen. So alle fünf Tage ungefähr derzeit.

Aber im Prinzip kann man zumindest über
diese direkte Sichtlinie, was erfahren.

Über die Gesamtstruktur des Raumes kann
man auch ein bisschen was erfahren, weil

man Kosmologie mit den Gravitationswellen
machen kann. Man kann zum Beispiel

bestimmen, wie schnell sich das Universum
ausdehnt. Das ist auch dann ein Maß für

die Geometrie des gesamten Universums. Das
ist eine neue unabhängige Messung, die

jetzt noch nicht so genau ist wie die
anderen, die wir haben. Aber man kann

prinzipiell Kosmologie machen, kann die
Hubble Konstante bestimmen und die kommt

zumindest mit großer Ungenauigkeit noch da
in dem Bereich raus, wo man sie erwartet.

Da ist jetzt noch keine Überraschung, aber
auch noch nichts ganz Neues sozusagen.

Also nichts überraschend Falsches, aber
auch nichts überraschend ganz Neues zu

finden.
Herald: Okay, wie viele Eigenschaften hat

denn seine Neutronenstern zusätzlich im
Vergleich zum Schwarzen Loch?

Knispel: Ja, das ist eine sehr gute Frage.
Das wissen wir leider nicht, weil wir

nämlich gar nicht genau wissen, wie so
Neutronenstern im Inneren aussieht. Ich

habe es gesagt ganz grob ist so, Materie
wie bei Neutronen, weil bei Atomkern

dichten. Ganz grob gesprochen verändert
sich das aber im Innern auch. Und was man

weiß, ist oben eine ganz Millimeter oder
Zentimeter dicke Atmosphäre, die

Elektronen enthalten zum Beispiel kann,
dann gibt es da drunter und eine Kruste,

wo vielleicht auch noch schwere Atomkerne
drin sind. Aber je weiter man nach innen

kommt, desto mehr Reihen
Neutronensüppicker wird es deswegen heißen

die Dinger auch Neutronensterne, weil im
Wesentlichen halt fast nichts außer

Neutronen übrig bleibt. Und dieser Kern
Implosion. Aber wie das im Detail ist im

Innern vielleicht noch irgendwie exotische
Materie, die aus Quarks oder sowas

besteht. Nur das wissen wir nicht. Und
deswegen am Ende gibt es umso

Neutronenstern zu beschreiben beliebig
viele sogenannte Zustandsgleichung, die

mir sagen, wenn da so und so viel Druck
und diese Temperatur ist, dann ist das

Ding so und so groß und bei der und der
Masse und, da die unbekannt ist, wissen

wir es nicht. Und es gibt einfach im
Grunde genommen, wenn man will, unendlich

viele Parameter, die man einstellen kann.
Aber das ist genau der Trick. Wenn ich

jetzt mit Gravitationswellen sagen kann,
das Ding war genau so schwer und so groß

oder hat sich das kann ich nämlich dann
idealerweise sehen, so und so verformt

durch die Gezeitenkräfte von seinem
Partner Objekt, dann kann ich was über die

Zustandsgleichung lernen und das geht in
Einzelfällen schon. Das haben Kollegen bei

unserem Institut gemacht. Genau
ausgemessen, wie groß das Ding war, aller

Wahrscheinlichkeit nach. Das hat natürlich
Federbealken, aber da sind im Prinzip eben

beliebig viele Zusatz Parameter, weil wir
es nicht genau wissen. Es halt. Materie

ist kein schwarzes Loch.
Herald: Okay, verstanden. Kann man

theoretisch auch Gravitationswellen
Energie gewinnen? Ist das eine Idee?

Knispel: Theoretisch ja, weil sie
natürlich bisschen wechselwirken, sonst

kennen wir sie ja nicht wahrnehmen. Aber
das Problem ist, dass die eben so gering

an die Materie koppeln, dass das einfach
nicht praktikabel ist. Also man sieht ja,

was man für einen Aufwand treiben muss, um
dieses winzige Bewegen da irgendwie

wahrzunehmen. Ein Prinzip hinterlassen die
Energie in der Erde, sonst könnte man sie

ja nicht wahrnehmen. Aber das sind. Ich
weiß nicht, wenn so eine Gravitationswelle

durchläuft. Ich glaube, es war im Bereich
Djul oder so was. Es lohnt sich nicht.

Herald: Also die Forschung weiter nutzen?
Knispel: Ja, genau, um unser Universum

besser wahrzunehmen. Aber als
Energiequelle. Ja, wenn ich jetzt

irgendwie mit Science Fiction
Zivilisationen auf drei Skala oder sowas

vorstelle, vielleicht, aber die können
auch einfach Gravitationswellen machen.

Herald: Also verstanden. Ich habe eine
Frage zur Messung und wie man das misst.

Kann man theoretisch durch die
Verlängerung der Wegstrecke die

Genauigkeit erhöhen? Und gibt es da ein
theoretisches theoretisches Maximum der

Genauigkeit? Ja, man kann das machen. Das
Problem ist am Ende, wenn man es zu lang

macht. Man verlängert die Strecken jetzt
schon. Das habe ich nicht gesagt durch

einen Trick, indem man das Licht nicht
einfach einmal durch den Arm laufen lässt,

hin und zurück, sondern man bringt da so
einen Resonator. Nennt sich das an als

eine Lichtfalle, wenn man will oder
Lichtspeicher, wo das Licht dann tausend

Mal oder ein paar Hundert Mal hin und her
läuft und dadurch länger Zeit hat mit der

Gravitationswelle Wechsel zu wirken. Das
Problem welches zu lange mache unsere

Gravitationswellen macht ja so mit dem
Arm. Ganz grob gesprochen wird es zu lang

mache, dann macht die Gravitationswelle
halt einmal hin und zurück komplett

während das Licht drin ist und am Ende
mäßig deutlich weniger, weil ich halt

schon wieder den Teil messe, wo der Arm
schon wieder Entstreckt, sozusagen. Ich

will ja die maximale Bewegung sozusagen
messen. Das wird, man kann das steigern am

Ende. Das Andere, was noch dazu kommt ist,
dass man wie in der Elektrodynamik eine

Antenne braucht, die ungefähr in der Länge
der Wellenlänge ist, der

Gravitationswellen, die ich messen will.
Oder kürzer, je nachdem, wie man das dann

betreibt. Aber eben nicht sehr viel länger
als die Wellenlänge, weil sich sonst die

die Welle sozusagen aufhebt. Und dann
bekomme ich in niedrige Frequenzen, wenn

ich riesige Detektoren brauche. Das habe
ich nicht angesprochen. Es gibt natürlich

Gravitationswellen bei sehr niedriger
Frequenz, wo ich sehr schwere Objekte

bewegen und dafür brauche ich große
Detektoren. Da gibt es im Weltraum

Detektoren. Lisa, der so in den 2000 30er
Jahren fliegen soll, da sind die Strecken

dann im Weltall und Millionen Kilometer
lang.

Herald: Super! Das beantwortet sich gleich
die nächste Frage, nämlich Welche

Wellenlänge haben diese Laser? Ich würde
...

Knispel: Also die Laser haben, das habe
ich noch nicht gesagt. 1024 Nanometer.

Herald: Okay, super. Wir haben also die
Frage Wie wird beim Messen und verhindert

das minimale Änderung der Spiegelposition
den Laser verfälschen? Das heißt, wenn

jetzt das Erschütterung ist oder sonst
irgendwas.

Knispel: Die Spiegel sind von der Seismig
des Bodens abgehängt, die hängen an

mehrfach pendeln. Das bedeutet, man hat am
Ende irgendein Vakuum. Das Ganze ist auch

in einem Vakuum. Dieses Vakuum steht auf
dem Boden, ist dann irgendwie passiv und

aktiv gedämpft. Schon mal als solches. Und
dann hängt. Einem an einem dreifach

Pendel, also von der Decke hängt ein
Pendel runter, da ist eine Zwischenwand

oder noch ein Pendel noch dazwischen und
ganz unten hängt der Spiegel, und diese 3

bis 4 fach Pendel je nach Detektor sorgen
dafür, dass horizontale Bewegung, aber

auch vertikale Bewegung des Bodens um den
Faktor von 10 Milliarden oder mehr

gedämpft werden, so dass am Ende der
Spiegel wirklich bei den Frequenzen, die

uns interessieren, still hängt. Und
tatsächlich auf diesen 10 hoch -18 Metern

und am Ende muss aber natürlich das aktiv
dahin gefahren werden, das dann auch

bleibt.
Herald: Also eine schöne Ingenieurswesen.

Knispel: Genau.
Herald: Du hattest einen Kommentar

abgegeben zur Relativitätstheorie. Wir
haben eine Frage hier Wo greift diese

nicht? Wo versagt sie? Ist es die
Unvereinbarkeit mit der Quantentheorie?

Knispel: Ja, das ist einer der Punkte.
Also beim Schwarzen Loch haben wir ja

diese prinzipiell unendlich kleine
Singularität, die, wo die gesamte Masse

auf einen kleinen Punkt ist. Das
widerspricht der Quantenmechanik. Es geht

halt nicht. Da kann ich nicht unendlich
viel Masse auf. Kann also nicht endlich

jemand auf einen kleinen Punkt zusammentun
mit einer unendlich hohen Masse Dichte?

Das geht nicht. Die Relativitätstheorie
passt da einfach nicht zusammen. Es gibt

auch andere Dinge, die am Ereignishorizont
passieren, die dann mit dieser Vernichtung

von der Information zusammenhängen, die
auch noch den Widerspruch zur

Relativitätstheorie darstellen. Also
Quantenmechanik darstellen. Und das wären

so die Punkte, weswegen man dachte: Okay,
vielleicht sehen wir an Schwarzen Löchern

die ersten Widersprüche zur
Relativitätstheorie. Die Tatsache, dass

bis jetzt noch nicht geschehen ist, heißt
nichts, weil wir einfach teilweise noch

nicht genau genug messen können. Da könnte
es in den nächsten Jahren oder Jahrzehnten

tatsächlich dann was geben. Aber es ist im
Wesentlichen immer die Quantenmechanik,

die uns da reinfunkt.
Herald: Ja, das bringe ich gleich zur

nächsten Frage: Welche bahnbrechenden
Erkenntnisse erhoffst du dir oder team ihr

euch in den nächsten Jahren oder
Jahrzehnten?

Knispel: Genau das vielleicht an der
Stelle, wie es euch gesagt hat. Team ist

an der Stelle weltweite Gruppe von rund
1700 aktuell Forscherinnen und Forschern,

die an den Detektoren, an der
Datenanalyse, an allen möglichen Aspekten

dieses, dieses, dieses Themas forschen.
Generell geht es erst mal darum, dass wir

jetzt sozusagen das weitermachen, was
schon angesprochen hat Wir machen mehr

Astronomie. Wir wollen aber auch
Astronomie zusammen mit anderen Astronomen

und Astronomen machen. Das, was jetzt an
einem Fall gut gemacht haben, wo wir eben

die Neutronenstern, etwas gesehen haben.
Das wird regelmäßiger werden. Aber am Ende

ist zum Beispiel ein großer Durchbruch.
Wäre jetzt mit Einstein womöglich diese

kontinuierlichen Gravitationswellen, also
ein Neutronenstern, dann kein Hubble hat,

den rotierend herum schleudert? Das wäre
ein guter Hebel, um was über

Neutronenstern zum Beispiel zu lernen. Und
das wäre wirklich ein Durchbruch, weil man

da eben noch nicht so viel weiß, oder eben
wirklich gesehen in unser Signal.

Irgendwelche Abweichungen, die, die sich
nicht mit Allgemeine Relativitätstheorie

erklären lassen. Und dann haben wir
wirklich einen guten Ansatzpunkten. Hebel,

von wo aus man sagen könnte Okay,
vielleicht ist diese Version dann doch

richtiger, oder diese Version, weil da
kann man jetzt nur spekulieren und

vielleicht hören wir, das wäre super geil,
aber irgendwann aus der Frühzeit des

Universums noch Signale, vielleicht eher
mit Lisa oder so, mit diesem Weltraum

detektor, wo wir das gewissermaßen den
Nachhall des Urknalls sozusagen wahrnehmen

können. Das wäre auch sehr spektakulär.
Herald: Sehr gut, das wäre natürlich

richtig. Ich habe tatsächlich eine letzte
Frage, bevor wir in die extended Q&A

gehen: Ich picke jetzt mal eine, sind doch
sehr viele da. Tatsächlich. Und zwar

Schwarze Löcher sind da nicht so häufig.
Wie kann es dann passieren, dass ich zwei

zufällig treffen?
Knispel: Es ist richtig, die sind

prinzipiell gibt es ja nicht so viele,
aber die treffen sich nicht zufällig,

sondern die sind schon vorher als
Doppelstern System entstanden, als eine

Möglichkeit das Bild entstehen vorher als
Sternensystem und diese Sternensystem, da

macht einer irgendwann Supernova wird zum
schwarzen Loch, das andere macht Supernova

wird zum schwarzen Loch. Oder es gibt
Phasen, wo die sich gegenseitig

überlappen, sodass am Ende zwei schwarze
Löcher entstehen, die schon umeinander

kreisen. Bin ich fertig? Das andere ist
die Möglichkeit, dass die einzelnen

schwarzen Löcher sind, die aber in sehr
dichten Sternumgebungen rumlaufen, also

z.B. sogenannten Kugelsternhaufen. Und da
dann zum Beispiel ein schwarzes Loch mit

einem Stern ist, kommt ein schwarzes Loch
vorbei, kickt den einen Stern raus und

dann habe ich auch ein Doppelstern System.
Das sind auch Fragen, die wir anhand der

Gravitationswellen bei der Verschmelzung
beantworten können. Wie diese Systeme

entstanden sind, können wir jetzt noch
nicht, aber in Zukunft dann, wenn wir

genauer messen.
Herald: Okay, ich bin sehr gespannt, was

für euch im nächsten Jahr noch rauskommt.
Ich sage es vielen lieben Dank, alles

Gute. Eine weitere Forschung und wie
gesagt, ich möchte es gibt die Möglichkeit

da selber was zu tun. Danke noch mal für
eine Zeit.

Knispel: Sehr gern.

*rc3 Nachspannmusik.

Untertitel erstellt von c3subtitles.de
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