Fragen zur Signifikanz der LIGO-Beobachtungen von 2016 und 2020

Die beiden von LIGO beobachteten Schwarzen Löcher hatten jeweils etwa 30 Sonnenmassen – sie wurden aus stellaren Quellen gebildet – also eine Supernova oder ein ähnliches Ereignis. Sie sind nicht die gleiche "Art" von Schwarzen Löchern, die in der Mitte von Galaxien zu finden sind.

(Nebenbemerkung: Die Tatsache, dass es sich um 30 Sonnenmassen handelt, ist tatsächlich interessant. In diesem Artikel diskutieren sie, wie die Umgebung ein wenig speziell sein musste, damit sich diese Schwarzen Löcher bilden konnten).

Hinsichtlich der Bedingung „Wahrheit“ entspricht sie etablierten wissenschaftlichen Normen. Zum Beispiel wurde der Detektor sehr gut modelliert und jeder vernünftige Fehler wurde berücksichtigt, sodass wir sehr guten Grund zu der Annahme haben, dass das Signal echt ist (ganz zu schweigen von der Tatsache, dass es in ZWEI Detektoren beobachtet wurde, einer in Louisiana und eines in Washington, und die Signale sind nahezu identisch). Um die Details der Verschmelzung zu bestimmen, haben die Menschen in den letzten zehn Jahren sehr hart daran gearbeitet, eine Bibliothek von Signalen für eine Vielzahl von Objekten (Neutronensterne und Schwarze Löcher) und eine Vielzahl von Parametern (Massen und Bahnparameter) zu entwickeln. Sie ermittelten also die Merkmale des Zusammenschlusses durch Vergleich mit diesen Modellen.

Natürlich befinden wir uns nicht in einem Raumschiff, das über dieser Fusion schwebt, und sehen sie mit eigenen Augen. Aber auf der Grundlage der wissenschaftlichen Methode (Hypothesenprüfung und unabhängige Überprüfung) stellt dies die Existenz von Gravitationswellen fest.

( für das vollständige Papier, das über die Beobachtung spricht )

EDIT: Ich werde versuchen, Ihre klärenden Fragen anzugehen.

3. Das ist etwas knifflig, da alle (extra-solare) Astronomie auf diese Weise indirekt ist - wir beobachten den Kosmos nur über das Licht, das wir von ihm erhalten. Zum Beispiel ist die Existenz des Sterns Polaris indirekt und hängt von der Annahme ab, dass Sterne Licht erzeugen (was offensichtlich auf einer sehr soliden Grundlage steht). Einige Beispiele, die dem, was Sie denken, näher kommen könnten - Dunkle Materie wird nur über ihren Gravitationseinfluss erkannt (nie direkt), aber die meisten Menschen halten sie für ein echtes Phänomen. Die Zuordnung von Pulsaren zu Neutronensternen ist größtenteils theoretisch – obwohl wir sie manchmal mit SNR in Verbindung bringen können. Und tatsächlich werden die allermeisten extrasolaren Planeten indirekt über die Doppler-Verschiebung oder Transitmethoden nachgewiesen.

4. Ich denke, die Antwort ist "nein". Sie müssten jeden einzeln untersuchen, da das Argument in jedem Fall ziemlich einzigartig ist. Ich habe einmal einen interessanten Podcast darüber gehört, dass Astronomie beobachtend und nicht experimentell ist. Ich denke, es ist hier . Ich denke, das Beste, was Sie tun können, ist, Beweise für die Entdeckung aufzulisten und die Community entscheiden zu lassen. Dies ist kein einzigartiges Problem, übrigens – niemand hat jemals ein Higgs-Teilchen im traditionellen Sinne gesehen – wir folgerten, dass es auf einem Niveau existiert, das für die wissenschaftliche Gemeinschaft ausreicht.

5. LIGO gibt seine Daten zu vorgeschriebenen Zeiten an die Öffentlichkeit weiter. Hier ist eine Liste von Projekten, die LIGO-Daten verwenden . Ich glaube nicht, dass ich genau sehe, woran Sie interessiert sind („Wir haben LIGO überprüft, es stimmt!“), aber diese Liste bezieht sich nur auf die letzten Monate.

Die Antwort von Levitopher klärt ein wenig Ihre Verwirrung in Bezug auf die Art des beteiligten Schwarzen Lochs. Die beiden Schwarzen Löcher, von denen angenommen wird, dass sie die entdeckten Gravitationswellen erzeugt haben, hatten eine Masse von ~36 und ~29 Sonnenmassen, bei weitem nicht die Masse typischer supermassiver Schwarzer Löcher. Stattdessen handelt es sich um relativ massereiche Schwarze Löcher mit stellarer Masse .

Zu Ihrer anderen Frage: Es ist in der Tat sehr wahrscheinlich, dass die Quelle tatsächlich ein Paar verschmelzender Schwarzer Löcher ist. Leider waren zum Zeitpunkt der Detektion durch LIGO keine anderen Gravitationswellendetektoren online. Darüber hinaus berichtete der Swift -Gammastrahlendetektor, dass er in dem kleinen Teil des elektromagnetischen Spektrums, den er untersuchte ( Evans et al. (2016) ), zwei Tage nach der Gravitationswellendetektion und ANTARES und Ice Cube kein Gegenstück zur Verschmelzung fand Neutrino-Detektoren entdeckten zum Zeitpunkt der Gravitationswellen-Detektion ( hier ) nur sehr wenige Neutrinos. Allerdings sind diese Ergebnisse nicht enttäuschend, wie SwiftDie Ergebnisse kamen später, und die Neutrino-Erkennungen halfen, eine „konkrete Grenze für die Neutrino-Emission von diesem GW-Quellentyp“ zu setzen, so das Papier.

Wie Kyle Kanos jedoch betonte, entdeckte der Fermi Gamma-ray Bust Monitor eine kurze Photonenquelle, die möglicherweise mit GW150914 verbunden ist.

Die LIGO-Ergebnisse liefern sehr starke Beweise dafür, dass das Ereignis so ist, wie es vorhergesagt wurde – die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit stellarer Masse. Es überschreitet das 5-Sigma-Schwellenkonfidenzniveau. Siehe hier für eine kurze Erklärung der Schlussfolgerungen des Teams bezüglich der Art des Ereignisses.

Erwähnenswert ist auch, dass die Analyse zeigt, dass die Beobachtungen mit allen Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie übereinstimmen .

Ich halte es für höchst relevant, dass im Jahr 2005 mehreren Gruppen (Beispiele: 1 ; 2 ) die numerische Simulation von mehr als einer Umlaufbahn einer Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher gelungen ist . Diese Papiere lösten ein Problem nach 30 Jahren konzertierter Bemühungen und präsentierten darüber hinaus das erwartete erwartete Signal, das ein Gravitationswellen-Interferometer angesichts eines solchen Ereignisses sehen sollte. Das ist die Grundlage für die Interpretation des beobachteten Chirp-Signals.

Das war also eher ein „Wenn Einsteins Theorie stimmt und wenn Sie eine Verschmelzung von Schwarzen Löchern entdecken, wird sie so aussehen“: mit anderen Worten eine Vorhersage eines möglichen Ergebnisses des LIGO-Experiments. Wenn Sie die Poppersche Herangehensweise an die Wissenschaft mögen (von der ich kein starker Befürworter bin), könnten Sie sagen, dass Einsteins Theorie eine präzise Vorhersage gemacht hat, die später bestätigt wurde.

Meine Schlussfolgerung ist, dass die numerischen Experimente zusammengenommen zeigen, dass Einsteins Theorie immer besser aussieht, die numerische Simulation sprunghaft vorangekommen ist und das LIGO-Experiment ein Triumph menschlicher Ingenieurskunst und wissenschaftlicher Voraussicht ist. Ich persönlich glaube nicht, dass "Wahrheit" etwas damit zu tun hat.

Ich möchte darauf hinweisen, dass die jüngste Entdeckung von LIGO speziell eine von Gravitationswellen war. Die Behauptung, dass die Ursache der Wellen eine Verschmelzung zweier stellarer schwarzer Kerr-Löcher war, ist eher schlussfolgernd als aufgrund eines direkten Nachweises. Die genaue Form des Chirps und des Ringdowns zeigen eindeutig, dass es sich bei den beteiligten Objekten um kompakte Massen handelt (statt etwa Neutronensterne, die schon vor der Kollision eine andere Frequenzmodulation hätten). Da das Signal auch Teile der Umlaufbahn enthält, in denen die Gravitation relativ schwach ist (wo post-newtonsche Näherungen immer noch ausreichen), kann man immer noch kompakte Massen von flüssigen Sphären unterscheiden, auch ohne sich vollständig auf GR zu berufen (die Tatsache, dass jede alternative Theorie der Gravitation muss sich noch auf die relativistisch korrigierte Newtonsche Gravitation reduzieren,

Ob es sich bei den beiden kollidierenden Objekten um Schwarze Löcher handelt, ist meiner Meinung nach noch offen. Um ein Schwarzes Loch schlüssig nachzuweisen, müsste der Ereignishorizont festgelegt werden, was auf dem Niveau der derzeitigen Nachweisempfindlichkeit nicht möglich ist. Die quasi-normalen Modi nach der Fusion enthalten entscheidende Informationen über die Existenz eines Ereignishorizonts. Die Tatsache, dass wir am Ende exponentiell abklingende Schwingungen sehen, ist bei weitem der beste Beweis dafür, dass das letzte Objekt ein Schwarzes Loch ist. Das Problem hier ist, dass man, um dies endgültig zu verifizieren, in der Lage sein muss, etwas mehr vom Frequenzspektrum der quasi-normalen Moden aufzulösen. Das Extrahieren dieser Informationen durch Anpassen des Signals an numerische Relativitätssimulationen setzt die Gültigkeit von GR im Starkfeld voraus, während störungsanalytische Berechnungen in einem Regime gültig werden, in dem das Signal im Rauschen abklingt. Hoffentlich sollten wir mit weiteren Upgrades, wenn LIGO anfängt, mit Designsensitivität zu funktionieren, in der Lage sein, dies besser zu lösen. Das derzeit vorgebrachte Argument ist eines der Unwissenheit, dass wir keine astrophysikalischen Mechanismen und/oder exotische Materie kennen, die nicht zu einem Kollaps zu einem Schwarzen Loch (bei ~30 Sonnenmassen) führen.

Was die Gültigkeit der Erkennung selbst betrifft, so haben meiner Meinung nach einige Leute vor mir darauf geantwortet, und daher werde ich nicht mehr dazu sagen.

Als Ergänzung zu allem anderen ist LIGO darauf eingestellt, Verschmelzungen von Schwarzen Löchern mit stellarer Masse zu beobachten. Die Frequenz der Gravitationswellen wird durch die Masse des Systems bestimmt, und da SMBH viel größere Massen haben wird als Schwarze Löcher mit stellarer Masse (die LIGO-Löcher hatten 30 Sonnenmassen, ist das SMBH in der Milchstraße so etwas wie${10}^6$Sternmassen), werden sie Frequenzen haben, die viel niedriger sind als die, für die LIGO empfindlich ist.

Dies ist in der Tat die Motivation für LISA , das für Ereignisse im Zusammenhang mit SMBH und für niederfrequente kosmologische Hintergrund-Gravitationswellen empfindlich sein wird.