Den Teilnehmern des Advanced LIGO-Projekts ist es zusammen mit der European Virgo gelungen, das Signal der Gravitationswellen des akustischen Bereichs aufzuzeichnen. Dies gaben Vertreter der Kollaboration auf einer Pressekonferenz der US-amerikanischen National Science Foundation bekannt, die um 18:30 Uhr (Moskauer Zeit) in Washington begann.
Der Artikel mit den Forschungsergebnissen wurde in der Zeitschrift Physical Review Letters zur Veröffentlichung angenommen und ist bereits auf der Website der Zeitschrift erschienen.
„Wir haben Gravitationswellen eingefangen, wir haben es geschafft“, sagte aLIGO-Sprecher. Als Quelle der Wellen bezeichneten Wissenschaftler die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit einer Masse von etwa dem 29- und 36-fachen der Sonnenmasse. Das Signal (GW150914) wurde am 14. September aufgezeichnet und von beiden Observatorien der aLIGO-Kollaboration beobachtet. Physiker nennen das Signal "sehr spezifisch". Es wurde eine Zunahme der Schwingungsfrequenz im Laufe der Zeit aufgezeichnet - genau das, was die Allgemeine Relativitätstheorie für die Verschmelzung massereicher Objekte vorhersagt (je näher sie einander kommen, desto höher die Rotationsfrequenz und die Frequenz der emittierten Gravitationswellen).
Die Analyse des empfangenen Signals dauerte etwa einen Monat. Seine kombinierte statistische Signifikanz für die beiden Detektoren betrug 4, 6 und 5, 1 Sigma, abhängig von der Art der verwendeten Analyse.
Die bei der Verschmelzung freigesetzte Energie entspricht der dreifachen Sonnenmasse (ca. 4,6 Prozent der Masse der verschmolzenen Körper). Diese Verschmelzung fand laut Wissenschaftlern vor 1,3 Milliarden Jahren statt (z∼0,1). Da das Signal von Gravitationswellen, das aLIGO beobachtet, im akustischen Bereich liegt, konnten die Wissenschaftler die Schwingungen direkt in Klang übersetzen und auf einer Pressekonferenz wiedergeben.
LIGO umfasst zwei große Laserinterferometer in der Nähe von Livingston, Louisiana und Hanford, Washington. Interferometer sind nach dem G-Schema aufgebaut, dh sie bestehen aus zwei gleichmäßig beabstandeten senkrechten Armen. Ihre Länge beträgt vier Kilometer. Der Durchgang einer Gravitationswelle durch ein Interferometer kann die Länge eines Arms relativ zum anderen ändern, was die Strahlungsphase in diesem Arm verschieben und das Interferenzmuster beeinflussen sollte. Das empfangene Signal wird dann von Rauschen gereinigt, das hauptsächlich von mechanischen (einschließlich seismischen) Schwingungen und Quantenrauschen von Photodetektoren herrührt.
Zuvor, in der ersten Phase des LIGO-Experiments, konnten Physiker keine ausreichende Empfindlichkeit des Interferometers erreichen, um die kleinen Verschiebungen aufzuzeichnen, die den Durchgang von Gravitationswellen begleiten. Nach der Modernisierung, die im Sommer 2015 abgeschlossen wurde, konnte die Empfindlichkeit der Beobachtungen um fast eine Größenordnung gesteigert werden (3-5-fach für Frequenzen von 100-300 Hertz und 10-fach für niederfrequente Schwingungen). Dies war laut Physikern der entscheidende Faktor für die heutige Entdeckung. Somit betrug der relative Längenunterschied der Interferometerarme, den Advanced LIGO sehen konnte, etwa h = 1-10-21. Bei den vier Kilometer langen LIGO-Armen ist dieser Unterschied vergleichbar mit der Größe eines Atomkerns.
Gravitationswellen sind eine direkte Folge der Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die 1915 von Albert Einstein aufgestellt wurden. Sie werden durch Gleichungen vom Wellentyp beschrieben, ihre Lösungen entsprechen Störungen der mit Lichtgeschwindigkeit bewegten Raumzeit. Im Gegensatz zu elektromagnetischen Wellen – Licht – ist die Intensität von Gravitationswellen um viele Größenordnungen geringer, sodass sie erst 100 Jahre nach der Vorhersage entdeckt wurden.
