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GW170817 Datenbanklinks zu englisch Gravitational Wave ist die Bezeichnung für ein Gravitationswellensignal das von vers

GW170817

Datenbanklinks zu GW170817

GW170817 (englisch: Gravitational Wave) ist die Bezeichnung für ein Gravitationswellensignal, das von verschiedenen Detektoren am 17. August 2017 in der Galaxie NGC 4993 im Sternbild Hydra registriert wurde. Nahezu gleichzeitig wurde ein Gammablitz (Katalogbezeichnung GRB 170817A, englisch: Gamma Ray Burst) vom Fermi-Satelliten aufgezeichnet.

Kilonova
GW170817
Fermi, Integral und LIGO Signale
Sternbild Wasserschlange
Position
Äquinoktium: J2000.0
Rektaszension 13h 09m 48,09s
Deklination −23° 23′ 53,59″
Weitere Daten
Entfernung

26 bis 48 Mpc

Masse 2,73 bis 2,78
Geschichte
Entdeckung

Fermi Gamma-ray Space Telescope, LIGO

Datum der Entdeckung

17. August 2017

Katalogbezeichnungen
GW170817, GRB 170817A, AT 2017gfo
AladinLite

In den folgenden Tagen konnten zahlreiche Teleskope, darunter das Hubble-Weltraumteleskop, ein Nachglühen des Ereignisses bei optischen, Infrarot- sowie Röntgen- und Radiowellenlängen beobachten. Die Katalogbezeichnung für das optische Signal lautet: AT 2017gfo.

Es war das erste Mal, dass Astronomen sowohl Gravitationswellen als auch elektromagnetische Strahlung vom selben astronomischen Ereignis messen konnten.

Entdeckung der Gravitationswellen Bearbeiten

Das Signal der Gravitationswellen konnte um 12:41:04 Weltzeit detektiert werden und dauerte ca. 100 Sekunden an. Es überspannte 3000 Zyklen, bei dem die Frequenz der Gravitationswellen auf mehrere hundert Hertz anstieg. Es erreichte zuerst den Virgo-Detektor in Italien, 22 Millisekunden später das LIGO-Observatorium in Louisiana, USA und nochmals 3 Millisekunden später den LIGO-Hanford Detektor in Washington, USA. Mit diesen drei Messungen konnte die Quelle auf einen Bereich von 28 Quadratgrad im südlichen Himmel mit einer 90 % Wahrscheinlichkeit bestimmt werden.

Entdeckung des Gammablitzes Bearbeiten

Der Fermi-Satellit zeichnete den Gammablitz um 12:41:06 UTC auf. Die Gammastrahlung erreichte die Erde also ca. 2 Sekunden nach den Gravitationswellen. Er dauerte auch nur 2 Sekunden.

Weitere Beobachtungen Bearbeiten

Hubble-Aufnahmen von NGC 4993 mit Verlauf nach 6 Tagen

Nach der Detektion der beiden Signale wurde der entsprechende Himmelsbereich von zahlreichen bodengebundenen und weltraumgestützten Instrumenten untersucht. Innerhalb weniger Stunden wurde das Objekt im optischen Bereich entdeckt und der Helligkeits- und spektroskopische Verlauf konnte in den nächsten Tagen und Wochen dokumentiert werden. Nach zwei Wochen wurden aus dem Bereich auch Röntgenstrahlung und Radiowellen gemessen. Ein Neutrinosignal konnte nicht gemessen werden.

Interpretation Bearbeiten

Beobachtet wurde die Kollision zweier Neutronensterne. Dieser Spezialfall eines Verschmelzungsausbruchs wird auch als Kilonova bezeichnet. Die beiden Neutronensterne entstanden wohl aus einem Doppelsystem aus zwei massereichen Riesensternen, die im Zuge ihrer stellaren Entwicklung zu unterschiedlichen Zeitpunkten als Supernova explodierten und dabei jeweils einen Neutronenstern zurückließen. Die beiden Neutronensterne blieben gravitativ in einem Doppelsystem gebunden. Ähnlich wie im Hulse-Taylor-Doppelpulsar umkreisten die beiden kompakten Himmelskörper den gemeinsamen Schwerpunkt; durch Abstrahlung von (nicht messbaren) Gravitationswellen verlor das System im Lauf vieler Jahrmillionen Energie, wodurch sich die beiden Neutronensterne langsam näher kamen. Erst in den letzten wenigen Minuten vor der Verschmelzung, in denen die Umlaufgeschwindigkeit rapide zunahm, stiegen Intensität und Frequenz der Gravitationswellen auf messbare Werte an.

Ermittelte Daten
Masse des ersten Neutronensterns 1,36 bis 1,60
Masse des zweiten Neutronensterns 1,17 bis 1,36
Masse des neuen Objekts 2,73 bis 2,78
In Gravitationswellen umgewandelte Energie 0,025
Entfernung der Quelle 26 bis 48 Mpc
Rotverschiebung 0,005 bis 0,010

Der masseärmere Neutronenstern wurde durch die Gezeitenkräfte des schwereren Begleiters zerstört. Während der größte Teil der Materie des zerrissenen Sterns aus einer Akkretionsscheibe auf den massereicheren Begleiter akkretiert wurde, wird ein Teil der Masse des zerstörten Neutronensterns isotrop mit einer Geschwindigkeit vom 0,1- bis 0,2-fachen der Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen. Die neutronenreiche Materie wandelt sich innerhalb weniger Sekunden durch Fission und Beta-Zerfall in Elemente um, die durch den r-Prozess entstehen. Die neu synthetisierten radioaktiven Elemente zerfallen, und die dabei emittierte Strahlung wird als ein Tage dauernder Ausbruch beobachtet. Ein solches Ereignis gilt als wichtige Quelle für die Bildung schwererer Atomkerne, bei der es nötig ist, Energie von außen zuzuführen. Bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne, wie sie die Forscher beobachtet haben, können große Mengen schwerer Elemente entstehen.

Langzeitbeobachtungen mit dem Röntgenteleskop Chandra lassen darauf schließen, dass die Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch verschmolzen sind.

Wissenschaftliche Bedeutung Bearbeiten

Das Ereignis war die lang erhoffte erste Beobachtung von Gravitationswellen aus zwei kollidierenden Neutronensternen statt wie bis dahin aus der Verschmelzung schwarzer Löcher. Die gleichzeitige Beobachtung über elektromagnetische Strahlung war auch der Beginn der Multimessenger-Astronomie mit Gravitationswellen (so wie SN 1987A der Beginn der Multimessenger-Astronomie mit Neutrinos war). Die Beobachtung der Kollision der Neutronensterne brachte auch ein neues Verständnis über die Herkunft schwerer Elemente im Universum.

Die Auswertung des Ereignisses lieferte auch eine unabhängige Abschätzung der Hubble-Konstante (H=70) und obere Grenzen für Verletzungen der Lorentzinvarianz. Außerdem wurde mit hoher Genauigkeit festgestellt, dass sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, was bestimmte alternative Gravitationstheorien ausschließt, und es ergab sich ein neuer Test des Äquivalenzprinzips. Nach einer Vorhersage von 2015 werden dadurch insbesondere Theorien widerlegt, welche die beschleunigte Expansion des Universums mittels Modifikation der allgemeinen Relativitätstheorie zu erklären versuchen.

Veröffentlichungen Bearbeiten

  • B. P. Abbott u. a. (LIGO): GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral. In: Physical Review Letters. Band 119, 2017, S. 161101, doi:10.1103/PhysRevLett.119.161101, arxiv:1710.05832
  • A. Goldstein u. a.: An Ordinary Short Gamma-Ray Burst with Extraordinary Implications: Fermi-GBM Detection of GRB 170817A. In: Astrophysical Journal Letters. Band 848, 2017, Nr. 2, arxiv:1710.05446
  • LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, Fermi Gamma-Ray Burst Monitor, INTEGRAL: Gravitational Waves and Gamma-rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A, 16. Oktober 2017. arxiv:1710.05834
  • B. P. Abbott (LIGO) u. a.: A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant. In: Nature. 16. Oktober 2017, arxiv:1710.05835
  • B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, et al.: Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger. In: The Astrophysical Journal Letters. 6. Oktober 2017, doi:10.3847/2041-8213/aa91c9.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. ↑ https://wis-tns.weizmann.ac.il/object/2017gfo
  2. NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event, bei: NASA JPL
  3. ↑ Robert Gast: Neutronenstern-Crash lässt Raumzeit erzittern, auf: Spektrum.de vom 16. Oktober 2017
  4. ↑ B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, et al.: Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger. In: The Astrophysical Journal Letters. 6. Oktober 2017, doi:10.3847/2041-8213/aa91c9.
  5. ↑ B. P. et al Abbott: GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral. In: Physical Review Letters. 119. Jahrgang, Nr. 16, doi:10.1103/PhysRevLett.119.161101.
  6. Elizabeth Landau, Felicia Chou, Dewayne Washington, Molly Porter: NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event. In: NASA. 16. Oktober 2017, abgerufen am 16. Oktober 2017.
  7. ↑ Adrian Cho: Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show. In: Science. 16. Oktober 2017, abgerufen am 16. Oktober 2017.
  8. Andreas von Kienlin: GCN Circular; Number: 21520; GRB 170817A: Fermi GBM detection; 2017/08/17 20:00:07 GMT. In: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. 17. August 2017, abgerufen am 28. August 2017.
  9. (Memento vom 18. Oktober 2017 im Internet Archive), auf: scinexx
  10. Brian D. Metzger, Edo Berger: What is the Most Promising Electromagnetic Counterpart of a Neutron Star Binary Merger? In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2011, arxiv:1108.6056v1.
  11. David Pooley, Pawan Kumar, J. Craig Wheeler, Bruce Grossan: GW170817 Most Likely Made a Black Hole. 2018, arxiv:1712.03240v2
  12. Markus Pössel: Erster Nachweis: Verschmelzende Neutronensterne. Ein Meilenstein für die Astronomie, Sterne und Weltraum, Dezember 2017, S. 24–33, Abstract
  13. Darach Watson, Camilla J. Hansen, Jonatan Selsing, Andreas Koch, Daniele B. Malesani: Identification of strontium in the merger of two neutron stars. In: Nature. Band 574, Nr. 7779, Oktober 2019, ISSN 0028-0836, S. 497–500, doi:10.1038/s41586-019-1676-3.
  14. B. P. Abbott (LIGO) u. a., A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant, Nature, 16. Oktober 2017, Abstract
  15. LIGO, VIRGO, Fermi Gamma Ray Burst Monitor, INTEGRAL: Gravitational Waves and Gamma-rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A arxiv:1710.05834
  16. L. Lombriser, A. Taylor: Breaking a Dark Degeneracy with Gravitational Waves, in: JCAP03(2016)031, DOI: 10.1088/1475-7516/2016/03/031
  17. L. Lombriser, N. Lima: Challenges to Self-Acceleration in Modified Gravity from Gravitational Waves and Large-Scale Structure, in: Phys. Lett. B 765, 382 (2017), DOI: 10.1016/j.physletb.2016.12.048
  18. Quest to settle riddle over Einstein's theory may soon be over. In: phys.org. 10. Februar 2017, abgerufen am 29. Oktober 2017.
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Datenbanklinks zu GW170817 GW170817 englisch Gravitational Wave ist die Bezeichnung fur ein Gravitationswellensignal das von verschiedenen Detektoren am 17 August 2017 in der Galaxie NGC 4993 im Sternbild Hydra registriert wurde 2 Nahezu gleichzeitig wurde ein Gammablitz Katalogbezeichnung GRB 170817A englisch Gamma Ray Burst vom Fermi Satelliten aufgezeichnet 3 KilonovaGW170817Fermi Integral und LIGO SignaleSternbild WasserschlangePositionAquinoktium J2000 0Rektaszension 13h 09m 48 09s 1 Deklination 23 23 53 59 1 Weitere DatenEntfernung 26 bis 48 MpcMasse 2 73 bis 2 78 M displaystyle M odot GeschichteEntdeckung Fermi Gamma ray Space Telescope LIGODatum der Entdeckung 17 August 2017KatalogbezeichnungenGW170817 GRB 170817A AT 2017gfoAladinLiteIn den folgenden Tagen konnten zahlreiche Teleskope darunter das Hubble Weltraumteleskop ein Nachgluhen des Ereignisses bei optischen Infrarot sowie Rontgen und Radiowellenlangen beobachten Die Katalogbezeichnung fur das optische Signal lautet AT 2017gfo 1 Es war das erste Mal dass Astronomen sowohl Gravitationswellen als auch elektromagnetische Strahlung vom selben astronomischen Ereignis messen konnten Inhaltsverzeichnis 1 Entdeckung der Gravitationswellen 2 Entdeckung des Gammablitzes 3 Weitere Beobachtungen 4 Interpretation 5 Wissenschaftliche Bedeutung 6 Veroffentlichungen 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseEntdeckung der Gravitationswellen BearbeitenDas Signal der Gravitationswellen konnte um 12 41 04 Weltzeit detektiert werden und dauerte ca 100 Sekunden an Es uberspannte 3000 Zyklen bei dem die Frequenz der Gravitationswellen auf mehrere hundert Hertz anstieg Es erreichte zuerst den Virgo Detektor in Italien 22 Millisekunden spater das LIGO Observatorium in Louisiana USA und nochmals 3 Millisekunden spater den LIGO Hanford Detektor in Washington USA 4 Mit diesen drei Messungen konnte die Quelle auf einen Bereich von 28 Quadratgrad im sudlichen Himmel mit einer 90 Wahrscheinlichkeit bestimmt werden 5 6 7 Entdeckung des Gammablitzes BearbeitenDer Fermi Satellit zeichnete den Gammablitz um 12 41 06 UTC auf Die Gammastrahlung erreichte die Erde also ca 2 Sekunden nach den Gravitationswellen Er dauerte auch nur 2 Sekunden 8 Weitere Beobachtungen Bearbeiten nbsp Hubble Aufnahmen von NGC 4993 mit Verlauf nach 6 TagenNach der Detektion der beiden Signale wurde der entsprechende Himmelsbereich von zahlreichen bodengebundenen und weltraumgestutzten Instrumenten untersucht Innerhalb weniger Stunden wurde das Objekt im optischen Bereich entdeckt und der Helligkeits und spektroskopische Verlauf konnte in den nachsten Tagen und Wochen dokumentiert werden Nach zwei Wochen wurden aus dem Bereich auch Rontgenstrahlung und Radiowellen gemessen 7 Ein Neutrinosignal konnte nicht gemessen werden 4 Interpretation BearbeitenBeobachtet wurde die Kollision zweier Neutronensterne Dieser Spezialfall eines Verschmelzungsausbruchs wird auch als Kilonova bezeichnet 3 9 Die beiden Neutronensterne entstanden wohl aus einem Doppelsystem aus zwei massereichen Riesensternen die im Zuge ihrer stellaren Entwicklung zu unterschiedlichen Zeitpunkten als Supernova explodierten und dabei jeweils einen Neutronenstern zuruckliessen Die beiden Neutronensterne blieben gravitativ in einem Doppelsystem gebunden Ahnlich wie im Hulse Taylor Doppelpulsar umkreisten die beiden kompakten Himmelskorper den gemeinsamen Schwerpunkt durch Abstrahlung von nicht messbaren Gravitationswellen verlor das System im Lauf vieler Jahrmillionen Energie wodurch sich die beiden Neutronensterne langsam naher kamen Erst in den letzten wenigen Minuten vor der Verschmelzung in denen die Umlaufgeschwindigkeit rapide zunahm stiegen Intensitat und Frequenz der Gravitationswellen auf messbare Werte an Ermittelte Daten 5 Masse des ersten Neutronensterns 1 36 bis 1 60 M displaystyle M odot nbsp Masse des zweiten Neutronensterns 1 17 bis 1 36 M displaystyle M odot nbsp Masse des neuen Objekts 2 73 bis 2 78 M displaystyle M odot nbsp In Gravitationswellen umgewandelte Energie 0 025 M c 2 displaystyle M odot c 2 nbsp Entfernung der Quelle 26 bis 48 MpcRotverschiebung 0 005 bis 0 010Der massearmere Neutronenstern wurde durch die Gezeitenkrafte des schwereren Begleiters zerstort Wahrend der grosste Teil der Materie des zerrissenen Sterns aus einer Akkretionsscheibe auf den massereicheren Begleiter akkretiert wurde wird ein Teil der Masse des zerstorten Neutronensterns isotrop mit einer Geschwindigkeit vom 0 1 bis 0 2 fachen der Lichtgeschwindigkeit ausgestossen Die neutronenreiche Materie wandelt sich innerhalb weniger Sekunden durch Fission und Beta Zerfall in Elemente um die durch den r Prozess entstehen Die neu synthetisierten radioaktiven Elemente zerfallen und die dabei emittierte Strahlung wird als ein Tage dauernder Ausbruch beobachtet 10 Ein solches Ereignis gilt als wichtige Quelle fur die Bildung schwererer Atomkerne bei der es notig ist Energie von aussen zuzufuhren Bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne wie sie die Forscher beobachtet haben konnen grosse Mengen schwerer Elemente entstehen Langzeitbeobachtungen mit dem Rontgenteleskop Chandra lassen darauf schliessen dass die Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch verschmolzen sind 11 Wissenschaftliche Bedeutung BearbeitenDas Ereignis war die lang erhoffte erste Beobachtung von Gravitationswellen aus zwei kollidierenden Neutronensternen statt wie bis dahin aus der Verschmelzung schwarzer Locher Die gleichzeitige Beobachtung uber elektromagnetische Strahlung war auch der Beginn der Multimessenger Astronomie mit Gravitationswellen so wie SN 1987A der Beginn der Multimessenger Astronomie mit Neutrinos war 12 Die Beobachtung der Kollision der Neutronensterne brachte auch ein neues Verstandnis uber die Herkunft schwerer Elemente im Universum 7 13 Die Auswertung des Ereignisses lieferte auch eine unabhangige Abschatzung der Hubble Konstante H 70 und obere Grenzen fur Verletzungen der Lorentzinvarianz 14 Ausserdem wurde mit hoher Genauigkeit festgestellt dass sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten 15 was bestimmte alternative Gravitationstheorien ausschliesst und es ergab sich ein neuer Test des Aquivalenzprinzips Nach einer Vorhersage von 2015 16 17 18 werden dadurch insbesondere Theorien widerlegt welche die beschleunigte Expansion des Universums mittels Modifikation der allgemeinen Relativitatstheorie zu erklaren versuchen Veroffentlichungen BearbeitenB P Abbott u a LIGO GW170817 Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral In Physical Review Letters Band 119 2017 S 161101 doi 10 1103 PhysRevLett 119 161101 arxiv 1710 05832 A Goldstein u a An Ordinary Short Gamma Ray Burst with Extraordinary Implications Fermi GBM Detection of GRB 170817A In Astrophysical Journal Letters Band 848 2017 Nr 2 arxiv 1710 05446 LIGO Scientific Collaboration Virgo Collaboration Fermi Gamma Ray Burst Monitor INTEGRAL Gravitational Waves and Gamma rays from a Binary Neutron Star Merger GW170817 and GRB 170817A 16 Oktober 2017 arxiv 1710 05834 B P Abbott LIGO u a A gravitational wave standard siren measurement of the Hubble constant In Nature 16 Oktober 2017 arxiv 1710 05835 B P Abbott R Abbott T D Abbott et al Multi messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger In The Astrophysical Journal Letters 6 Oktober 2017 doi 10 3847 2041 8213 aa91c9 Weblinks BearbeitenLIGO Webseite dazu ESO Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen Quelle Erste Beobachtung der Gravitationswellen von verschmelzenden Neutronensternen Max Planck Institut fur Gravitationsphysik 16 Oktober 2017Einzelnachweise Bearbeiten a b https wis tns weizmann ac il object 2017gfo NASA Missions Catch First Light from a Gravitational Wave Event bei NASA JPL a b Robert Gast Neutronenstern Crash lasst Raumzeit erzittern auf Spektrum de vom 16 Oktober 2017 a b B P Abbott R Abbott T D Abbott et al Multi messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger In The Astrophysical Journal Letters 6 Oktober 2017 doi 10 3847 2041 8213 aa91c9 a b B P et al Abbott GW170817 Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral In Physical Review Letters 119 Jahrgang Nr 16 doi 10 1103 PhysRevLett 119 161101 Elizabeth Landau Felicia Chou Dewayne Washington Molly Porter NASA Missions Catch First Light from a Gravitational Wave Event In NASA 16 Oktober 2017 abgerufen am 16 Oktober 2017 a b c Adrian Cho Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show In Science 16 Oktober 2017 abgerufen am 16 Oktober 2017 Andreas von Kienlin GCN Circular Number 21520 GRB 170817A Fermi GBM detection 2017 08 17 20 00 07 GMT In Max Planck Institut fur extraterrestrische Physik 17 August 2017 abgerufen am 28 August 2017 Erste Gravitationswellen von Neutronenstern Kollision Memento vom 18 Oktober 2017 im Internet Archive auf scinexx Brian D Metzger Edo Berger What is the Most Promising Electromagnetic Counterpart of a Neutron Star Binary Merger In Astrophysics Solar and Stellar Astrophysics 2011 arxiv 1108 6056v1 David Pooley Pawan Kumar J Craig Wheeler Bruce Grossan GW170817 Most Likely Made a Black Hole 2018 arxiv 1712 03240v2 Markus Possel Erster Nachweis Verschmelzende Neutronensterne Ein Meilenstein fur die Astronomie Sterne und Weltraum Dezember 2017 S 24 33 Abstract Darach Watson Camilla J Hansen Jonatan Selsing Andreas Koch Daniele B Malesani Identification of strontium in the merger of two neutron stars In Nature Band 574 Nr 7779 Oktober 2019 ISSN 0028 0836 S 497 500 doi 10 1038 s41586 019 1676 3 B P Abbott LIGO u a A gravitational wave standard siren measurement of the Hubble constant Nature 16 Oktober 2017 Abstract LIGO VIRGO Fermi Gamma Ray Burst Monitor INTEGRAL Gravitational Waves and Gamma rays from a Binary Neutron Star Merger GW170817 and GRB 170817A arxiv 1710 05834 L Lombriser A Taylor Breaking a Dark Degeneracy with Gravitational Waves in JCAP03 2016 031 DOI 10 1088 1475 7516 2016 03 031 L Lombriser N Lima Challenges to Self Acceleration in Modified Gravity from Gravitational Waves and Large Scale Structure in Phys Lett B 765 382 2017 DOI 10 1016 j physletb 2016 12 048 Quest to settle riddle over Einstein s theory may soon be over In phys org 10 Februar 2017 abgerufen am 29 Oktober 2017 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title GW170817 amp oldid 236082373