Wir alle haben die Nachrichten über die Entdeckung von zwei Schwarzen Löchern durch Gravitationswellen gehört, eines mit 29 Sonnenmassen und das andere mit 36 Sonnenmassen, die sich spiralförmig ineinander winden, um ein einziges Schwarzes Loch mit 62 Sonnenmassen zu erzeugen.
Für mich ist der Verlust von drei Sonnenmassen in den Gravitationswellen innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde der erstaunlichste Aspekt davon. Ich kann verstehen, wie die Wellen durch die spiralförmige Bewegung der Schwarzen Löcher erzeugt (und Masse in Sendeenergie umgewandelt) wurden, als sie ihr letztes Do-Si-Do machten , und es ist klar, dass der Verlust dieser Energie ein notwendiger Teil ihrer Vereinigung war; sonst hätten sie ewig umkreist.
Hängt die Menge der verlorenen Masse jedoch davon ab, wie die beiden Löcher zusammengeführt wurden? Wenn sie sich zum Beispiel frontal gerammt hätten, hätten sie dann trotzdem irgendwie diese Menge an Energie verloren? Ich gehe davon aus, dass weniger Energie in die Drehung des resultierenden Schwarzen Lochs umgeleitet worden wäre, aber ich weiß nicht, wie das die resultierende Masse verändert hätte.
Ja. Die Menge an Energie, die als Gravitationswellen abgestrahlt wird, hängt von den Details der beiden Schwarzen Löcher vor der Verschmelzung ab. Die Antworten auf Fragen wie:
beeinflusst die Energie der Gravitationswellen. Das wichtigste Detail in Bezug auf die abgestrahlte Energie ist das Massenverhältnis der beiden Vorläufer-Schwarzen Löcher.
Die endgültige Masse des Systems ist immer kleiner als die ursprüngliche Gesamtmasse ( ), da ein Teil der Massenenergie in Gravitationswellen umgewandelt wird, .
Wegen etwas Ähnlichem wie dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik muss das endgültige Schwarze Loch größer sein als das größte ursprüngliche Schwarze Loch. Grundsätzlich kann man in Gravitationswellen nicht so viel Energie abstrahlen, dass ein Schwarzes Loch schrumpft.
Wir können den Anteil der abgestrahlten Masse definieren als:
Dies wird manchmal als Strahlungseffizienz bezeichnet.
Wenn die Schwarzen Löcher etwa die gleiche Masse haben (wie beim LIGO-Nachweis), werden etwa 5 % der Gesamtmasse abgestrahlt. Dies ist die effizienteste Möglichkeit.
Stellen Sie sich auf der anderen Seite den Fall vor, in dem ein Schwarzes Loch viel massiver ist als das andere: vielleicht 1 Million Sonnenmassen und 1 Sonnenmasse. Um die beiden oben genannten Regeln zu befolgen, ist kleiner als 1 Million und eine Sonnenmasse und größer als 1 Million Sonnenmassen. In diesem Fall wäre der Wirkungsgrad ca oder 0,0001 %. Extreme Massenverhältnisse erzeugen die schwächsten Gravitationswellen.
Kurz gesagt, ja. Lubos Motl hat in seinem Blog einen sehr schönen Artikel geschrieben , in dem er alles erklärt, was man über die Gravitationswellen wissen muss. Ich möchte mich auf einen der von ihm erwähnten Teile konzentrieren - "quasinormale Modi". Quasinormale Modi erklären, wie sich das Schwarze Loch zu einer endgültigen, stabilen Konfiguration einpendelt, und es hängt sehr stark von den Zuständen des Schwarzen Lochs ab, dh Impuls, Masse usw. Diese QNMs sind eine Beschreibung von etwas, das als "Ringdown" bezeichnet wird und das wir alle in gesehen haben Daten, dh der Ringdown zur Kerr-Lösung. Während des Ringdowns werden weiterhin Gravitationswellen ausgesendet, die von LIGO detektiert werden können. Wenn also der Ringdown-Mechanismus anders ist, sind die erzeugten Gravitationswellen sicherlich anders.
Es tut mir leid, dass ich Ihnen keine weiteren Details zu Berechnungen geben kann, da dies sehr numerisch und schwierig ist und ich sie nicht zur Hand habe.
Mike