Die Gravitationswellen-Observatorien LIGO (USA), Virgo (Italien) und KAGRA (Japan) meldeten den Abschluss der Datenverarbeitung des dritten gemeinsamen Beobachtungszyklus, der im März 2020 endete. Das Ergebnis war eine neue Version des Schwerewellentransientenkatalogs des GWTC-3, der nun 90 Signale enthält, von denen 35 bisher unveröffentlicht waren.
Alle im Katalog aufgezeichneten Signale stammen aus der Verschmelzung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Unter ihnen stellen Wissenschaftler mehrere ungewöhnliche Ereignisse fest, wie die Absorption eines Neutronensterns durch ein Schwarzes Loch, die Beteiligung zweier Schwarzer Löcher und die Verschmelzung massiver Schwarzer Löcher.
„In O3b (dem zweiten Teil des dritten Beobachtungszyklus) entdeckten wir GW191219_163120, ein Verschmelzungssignal, das von einem Schwarzen Loch mit der 32-fachen Masse unserer Sonne stammt und einen Neutronenstern mit einer Masse von nur 1,17 Sonnenmassen absorbiert. Die neuen Beobachtungen stellen unser Verständnis darüber, wie Schwarze Löcher und Neutronensterne mit stellarer Masse entstehen und wie sie einander umkreisen, bis sie verschmelzen, weiterhin in Frage“, sagt Dr. Alessandra Buonanno, Direktorin des Instituts und Professorin an der University of Maryland.
Eine weitere neue O3b-Entdeckung ist das Ereignis GW200210_092254, bei dem ein Schwarzes Loch mit einem zweiten Objekt verschmilzt, entweder einem sehr massereichen Neutronenstern oder einem sehr massearmen Schwarzen Loch. Die meisten Beobachtungen beziehen sich auf die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, einschließlich einiger besonders bemerkenswerter Ereignisse.
Viele Entdeckungen wurden dadurch möglich, dass Experten im Oktober 2019 während der einmonatigen Pause zwischen den O3a- und O3b-Phasen des dritten Beobachtungszyklus die LIGO- und Virgo-Detektoren aufrüsteten und verbesserten, wodurch ihre Empfindlichkeit zunahm. Und am Ende des dritten Zyklus schloss sich der KAGRA-Detektor in Japan den Beobachtungen an, gefolgt von zwei Wochen gleichzeitiger Beobachtungen mit dem deutsch-britischen GEO600-Detektor in Deutschland.
In den Papieren stellten die Wissenschaftler präzise Modelle verschiedener Varianten von Gravitationswellen von verschmelzenden Schwarzen Löchern vor, die Parameter wie die Präzession von Schwarzloch-Spins, Multipolmomente und Gezeiteneffekte berücksichtigen, die von einem potenziellen Neutronenstern-Begleiter eingeführt werden. Zur Entwicklung der Modelle wurden die Hochleistungsrechnerkomplexe Minerva und Hypatia am Albert-Einstein-Institut in Potsdam und am Holodeck in Hannover eingesetzt.
LIGO-, Virgo- und KAGRA-Detektoren werden derzeit aufgerüstet, um Ende 2022 den nächsten, vierten Zyklus gemeinsamer Beobachtungen zu starten. Die Forscher erwarten, dass nach dem Upgrade, das die Fixationsgeschwindigkeit erhöhen wird, Gravitationswellen dreimal häufiger als heute beobachtet werden – bis zu fünf Signale pro Woche.
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