Riesige Asteroiden "Florence" fliegt von der Erde Freitag: Wie man es in Backyard Teleskopen zu sehen

Die Entdeckung der Gravitationswellen letztes Jahr hat Wellen durch das gesamte Gebiet der Physik geschickt. Sie bestätigten, dass sich der Raum tatsächlich wie eine Substanz verhält, die gestreckt und gequetscht werden kann, wie es Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagt hat. Sie haben auch eine neue Ära der Astronomie eingeleitet.

Im Jahr 2017 entdeckten Wissenschaftler Gravitationswellen aus einem Ereignis, das auch mit Teleskopen beobachtet wurde: Vor rund 130 Millionen Jahren drehten sich zwei Neutronensterne aufeinander zu und verschmolzen miteinander - ein Phänomen, das als Kilonova bekannt ist. Die schnell rotierenden Sterne haben Gravitationswellen im Weltraum selbst aufgepeitscht. Am 17. August erkannten das fortschrittliche Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) und fortschrittliche Virgo-Observatorien auf der Erde diese Wellen. Da die Wellen bei der Fusion der Sterne erzeugt wurden, hatten die Wissenschaftler genug Zeit, die Astronomen auf das Licht und die Strahlung aufmerksam zu machen, die bald darauf folgen würden. [Verbunden: Die größten Weltraum Science Stories von 2017]

Diese beispiellose Situation ermöglichte den Astronomen auf der ganzen Welt, eine lange Liste von Teleskopen auf das ehemalige Paar von Neutronensternen zu richten und Daten zu erhalten, die das elektromagnetische Spektrum von Radiowellen über sichtbares Licht bis hin zu Gammastrahlen umfassten.

"Etwa 3.674 Forscher aus 953 Institutionen arbeiteten in einem einzigen Papier zusammen, das die Fusion und ihre Folgen zusammenfasste", sagte der wissenschaftliche Mitarbeiter Adrian Cho in einer Stellungnahme der Fachzeitschrift, die die Entdeckung heute als den Durchbruch des Jahres bezeichnete (21. Dez.). Die Datenbank arXiv.org listet 134 Artikel mit dem Gravitationswellensignal GW170817 in ihren Titeln oder Zusammenfassungen auf.

Die Ergebnisse haben den Wissenschaftlern bereits eine Fülle von Informationen geliefert. Das Fermi-Weltraumteleskop der NASA entdeckte zwei Sekunden nach Ende des Gravitationswellensignals einen Gammastrahlungsstoß von der Quelle, was zeigt, dass sich zusammenströmende Neutronensterne Gammastrahlen aussenden und dass Gravitationswellen wie erwartet mit Lichtgeschwindigkeit fliegen.

Wissenschaftler, die das von der Kilonova ausgehende Lichtspektrum analysierten, machten ebenfalls eine weitere Entdeckung. "Wir haben gezeigt, dass die schwersten Elemente des Periodensystems, deren Ursprung bis heute unbekannt ist, bei Fusionen von Neutronensternen entstehen", sagte Edo Berger vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) eine Erklärung im Oktober. Diese Phänomene sind verantwortlich für die Erzeugung von Elementen wie Platin und Gold, die zu schwer sind, um durch Kernfusion in Sternen erzeugt zu werden.

Aber dieses Ereignis hat mehr als nur ein faszinierendes kosmisches Phänomen im Detail offengelegt. Es war der Beginn einer neuen Ära der Astronomie und Kosmologie. "Dies ist eine Transformation in der Art, wie wir Astronomie machen werden", sagte der LIGO-Wissenschaftler Richard O'Shaughnessy kurz nach Bekanntgabe der Entdeckung zu ProfoundSpace.org.

Bis 2017 konnten Wissenschaftler nur Ereignisse über Licht unterschiedlicher Wellenlängen sehen; Jetzt können sie ihre Auswirkungen auf den Raum auch auf neue Weise "hören". Tatsächlich wandeln Wissenschaftler oft die Signale von Gravitationswellen in Audio um und erzeugen unverwechselbare Chirps. Das Signal von der Kilonova dauerte ungefähr 100 Sekunden, ungefähr 1000 mal länger als das Chirp, das durch die viel schwereren schwarzen Löcher erzeugt wurde.

Eine neue Ära der Astronomie

Wissenschaftler bejubeln dies als das Zeitalter der multisensorischen Astronomie, weil sie jetzt über zwei Boten Ereignisse in der Ferne erfahren können: Licht in Form von Photonen; und Gravitationswellen.

"Astronomie ist etwas Einzigartiges unter den Wissenschaften, da wir nur sehr selten die Dinge ausprobieren können, die wir studieren", sagte Kevin Marvel, Executive Officer der American Astronomical Society gegenüber ProfoundSpace.org. In der Vergangenheit konnten wir nur unsere Augen benutzen, die eine sehr begrenzte Auflösung haben und nur für sichtbares Licht empfindlich sind, sagte Marvel.

Schließlich erfanden die Menschen das Teleskop und ermöglichten Forschern eine größere Auflösung bei der Beobachtung des Himmels. Als Wissenschaftler andere Teile des Spektrums entdeckten, begannen sie Teleskope zu bauen, um das Universum in diesen Wellenlängen zu betrachten. "Und wenn Sie Objekte mit verschiedenen Teilen des elektromagnetischen Spektrums untersuchen, können Sie verschiedene Dinge über sie lernen", sagte Marvel. "Im Infraroten kann man sagen, dass sie warm sind, im Ultravioletten kann man sagen, dass sie sehr energisch sind, und so weiter." [Der erste Blick kollidierender Neutronensterne liefert atemberaubende Bilder]

"Was dieses Jahr und das vergangene Jahr mit Gravitationswellen passiert ist, dass wir eine völlig neue Art und Weise entdeckt haben, um das Universum zu erforschen, das nicht mit dem elektromagnetischen Spektrum verbunden ist", sagte Marvel. Aber im Gegensatz zum Licht scheinen Gravitationswellen nicht durch Staub und Gas gestreut oder von Sternen, Nebeln oder Galaxien blockiert zu werden.

In diesem Sinne fällt die Entwicklung der Gravitationswellenastronomie irgendwo zwischen der Entdeckung verschiedener Teile des elektromagnetischen Spektrums und der Erfindung des Teleskops.

Marvel sagte, dass sich die Gravitationswellenastronomie weiterentwickeln wird, was zu einer reichen Geschichte kollaborativer Netzwerke beitragen wird. Im 18. Jahrhundert erstellte der französische Astronom Charles Messier einen Katalog von Nebeln, um die Verwirrung unter seinen Kollegen zu beseitigen, die sie oft fälschlicherweise als Kometen identifizierten. Seitdem haben Wissenschaftler schnell reagierende Netzwerke für Ereignisse wie Supernovae, Gammastrahlenausbrüche und andere kurzlebige Ereignisse eingerichtet. Ihre Kommunikationsmittel haben sich von Briefen über Telegraph, Telefon und E-Mail bis hin zu Sofortnachrichten entwickelt, die die Astronomen über neue Entwicklungen informieren.

"Dieselbe Technik wird mit Gravitationswellenastronomie verwendet", sagte Marvel.Wenn ein Signal an den Gravitationswellenobservatorien entdeckt wird, werden die Wissenschaftler dort ihre Kollegen informieren, die dann ihre Teleskope auf die Quelle richten können.

Die schnelle Verfolgung funktioniert nur mit Hilfe von mindestens drei Gravitationswellen-Observatorien: in diesem Fall den beiden LIGO-Einrichtungen in den Vereinigten Staaten und Virgo in Italien. Mit zwei Observatorien würden Wissenschaftler nur in der Lage sein, die Quelle des Ereignisses zu einer Band zu bestimmen, die sich über den ganzen Himmel erstreckt, sagte Marvel. Aber mit drei konnten sie die spezifische Quelle der Wellen im Himmel triangulieren und lokalisieren. Der Bau weiterer Observatorien würde zu dieser Präzision beitragen.

Die Schwerkraft ist die schwächste der vier fundamentalen Kräfte. Nur die größten Phänomene erzeugen Gravitationswellen irgendeiner messbaren Stärke. "Also wird sich die Astronomie der Gravitationswellen auf die energiereichsten, zerstörerischsten Ereignisse konzentrieren, von denen wir im Universum wissen", sagte Marvel.

Neben dem Weg zu den katastrophalsten Ereignissen des Universums bietet die Gravitationswellen-Astronomie den Astronomen auch zwei relativ schwierige Messungen: Das Signalmuster gibt den Wissenschaftlern präzise Auskunft darüber, wie weit die Quelle über die allgemeine Relativitätstheorie entfernt ist und wie stark sie proportional ist die Masse der Objekte, die es geschaffen haben. Mit dieser Methode können Wissenschaftler die Entfernung der Quelle direkt berechnen, ohne von einer bekannten Distanz zur nächsten zu springen, wie Astronomen die kosmische Entfernungsleiter nennen.

"Sie kennen nicht nur die Entfernung zu diesen Objekten aufgrund des Musters, Sie kennen die Masse der beiden Vorläuferobjekte und die Masse des endgültigen Objekts sehr, sehr genau", sagte Marvel. "Es ist wirklich eine erstaunliche Technik." Diese Fähigkeit könnte Kosmologen helfen, besser zu verstehen, wie sich das Universum in der Vergangenheit ausdehnte und was seine aktuelle, beschleunigende Geschwindigkeit antreibt, fügte er hinzu.