Neuer Katalog der LIGO-Virgo-KAGRA-Beobachtungen veröffentlicht
Der neueste Katalog, GWTC-4, enthält 128 neue Kandidaten aus dem vierten Beobachtungslauf und insgesamt mehr als doppelt so viele wie zuvor.
Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik und der Leibniz Universität Hannover haben einen wesentlichen Beitrag zur Verdopplung der Zahl der nachgewiesenen Gravitationswellen-Ereignisse geleistet, die in einer Sonderausgabe der Astrophysical Journal Letters veröffentlich werden.
Kollidieren und verschmelzen die dichtesten Objekte im Universum, so löst dies Gravitationswellen aus, die Raum und Zeit für viele hundert Millionen oder sogar Milliarden Jahre lang erschüttern. Wenn diese kosmischen Wellen die Erde erreichen, lassen sie sich kaum noch wahrnehmen.
Dennoch sind Forschende in der Lage, sie mit Hilfe eines globalen Netzwerks von Gravitationswellen-Observatorien nachzuweisen. Es besteht aus dem US-amerikanischen National Science Foundation Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (NSF LIGO), dem Virgo-Interferometer in Italien und dem Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) in Japan. Gemeinsam „lauschen“ diese Instrumente nach winzigen Schwankungen des Gravitationsfelds, die von weit entfernten astrophysikalischen Kollisionen stammen könnten.
Die neueste Version des LVK-Gravitationswellen-Katalogs
Die Bahnen der Schwarzen Löcher sind weiß dargestellt, die Gravitationswellenemissionen sind in den Farben von Violett bis Gelb dargestellt. Dunkle Violetttöne stehen für vergleichsweise schwache Gravitationswellen, während Gelbtöne die stärksten Wellen darstellen, die in der Nähe der Verschmelzung emittiert wurden. Die stärksten Gravitationswellen werden senkrecht zur momentanen Umlaufbahn emittiert. Bei präzedierenden Systemen ändert sich die Ausrichtung ihrer Umlaufbahn ständig.
Jetzt hat die LIGO-Virgo-KAGRA (LVK)-Kollaboration ihren aktualisierten Katalog von Gravitationswellen-Signalen veröffentlicht. Dieser wird in einer kommenden Sonderausgabe der Astrophysical Journal Letters vorgestellt.
Der Katalog vorübergehender Gravitationswellen-Signale (englisch: Gravitational-Wave Transient Catalog-4.0, (GWTC-4)) der LVK umfasst Gravitationswellen, die in einem Teil des letzten, vierten Beobachtungslaufs der Observatorien beobachtet wurden. Dieser Teil fand zwischen Mai 2023 und Januar 2024 statt. Während dieses neunmonatigen Zeitraums haben die Observatorien 128 neue Gravitationswellen-„Kandidaten” entdeckt. Das bedeutet, dass die Signale wahrscheinlich von extremen astrophysikalischen Quellen in großen Entfernungen stammen. (Die LVK hat im vierten Beobachtungslauf bisher etwa 300 Verschmelzungssignale entdeckt, die aber noch nicht vollständig im LVK-Katalog verzeichnet sind.)
Diese neuesten Ergebnisse verdoppeln die Zahl der im Katalog erfassten Gravitationswellen-Signale. Der Katalog enthielt zuvor 90 Kandidaten aus allen drei vorherigen Beobachtungsläufen.
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Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik hat zu diesem Erfolg beigetragen
Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) und der Leibniz Universität Hannover, darunter viele Doktorand*innen und Postdoktorand*innen, haben zu diesem Erfolg beigetragen:
- AEI-Forschende entwickelten ausgeklügelte Wellenformmodelle. Sie dienen dazu, echte kosmische Quellen von zufälligen Schwankungen des Rauschens und irdischen Störsignalen im Detektor zu unterscheiden.
- AEI-Wissenschaftler*innen haben die Wellenformmodelle entwickelt, die zum Nachweis von Verschmelzungen zweier Schwarzer Löcher und von Neutronensternen mit Schwarzen Löchern in sogenannten modellierten Suchen mit Signalschablonen zum Einsatz kommen. Diese hochmodernen Wellenformmodelle, ergänzt um Spin-Präzessions-Effekte, werden auch bei der Untersuchung der Signalkandidaten eingesetzt, um ihre astrophysikalischen Eigenschaften und kosmologische Informationen abzuleiten.
- Ein weiteres am AEI entwickeltes Wellenformmodell, das den Effekt der Modenasymmetrie und den daraus resultierenden „Kick“ berücksichtigt, wird bei der Analyse eingesetzt.
- Wissenschaftler*innen am AEI haben mit Signalkandidaten nach Abweichungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie gesucht.
- Am AEI entwickelte Verfahren zur Parameterschätzung, die auf neuronalen Netzen basieren, können die Eigenschaften von Verschmelzungen Schwarzer Löcher schnell und genau ermitteln.
- Wissenschaftler*innen des AEI haben das vorstabilisierte Hochleistungslasersystem für Advanced LIGO bereitgestellt und Upgrades für die derzeit in den LIGO-Instrumenten verwendete Hauptlaserquelle entwickelt und getestet.
- Die Verstärkerstufe der aktuellen Laserquellen in den Virgo- und KAGRA-Instrumenten basiert auf Entwicklungen und Tests am AEI in Hannover und dem Laserzentrum Hannover.
