Rotverschiebung verschmelzender Schwarzer Löcher

Wie im LIGO-Entdeckungspapier ( pdf ) angegeben, wird die Veranstaltung unter platziert$410^{+160}_{-180}\ \mathrm{Mpc}$ Leuchtkraftabstand , entspricht einer Rotverschiebung von$z = 0.09^{+0.03}_{-0.04}$. Dies gibt einen Hinweis darauf, wie man die Entfernung für dieses Ereignis misst.

Wenn wir wissen, wie leuchtend ein Objekt (wie ein Stern oder eine Supernova) ist, können wir dies damit vergleichen, wie hell es scheint, und eine Entfernung über das Standardgesetz des umgekehrten Quadrats ermitteln. Die Entfernung, die wir erhalten, ist per Definition die Leuchtkraftentfernung. Für diese Erkennung gilt das gleiche Prinzip, da die Simulationen die intrinsische Stärke des Signals vorhersagen.

Tatsächlich können wir auch Frequenzinformationen nutzen. Auch hier haben wir numerische Simulationen, die Wellenformen vorhersagen, und die Wellenform selbst wird auf die gleiche Weise rotverschoben wie jedes andere Signal, das sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet.

In der Praxis nimmt man die gesamte Wellenform und eine Reihe numerischer Simulationen und führt eine statistische Analyse durch, um zu sehen, wie gut das Signal mit Modellen übereinstimmt und welche selbstkonsistente Entfernung/Rotverschiebung es passend macht. Dies ist detailliert in Veitch et al. 2015 Phys. Rev. D 91 042003 .

Beachten Sie, dass es bei Neigungen zu einer gewissen Entartung kommt. Die Detektoren sind keine Monopolantennen, aber zumindest mit zwei von ihnen können wir die Quelle am Himmel irgendwie lokalisieren, um herauszufinden, welcher Anteil der Leistung tatsächlich absorbiert wird. Eine hartnäckigere Entartung liegt in der Orientierung des astrophysikalischen Systems in Bezug auf unsere Blickrichtung. Da Gravitationswellen der Reihe nach (mindestens) quadrupolar sind, wird es schwierig sein, ein Edge-On-System in der Nähe von einem Face-On-System zu unterscheiden, das weiter entfernt ist. Dies ist zumindest ein Teil der Ursache für die großen Unsicherheiten.

Genau genommen hat LIGO die Rotverschiebung nicht gemessen. Wie in der Einleitung dieses unterstützenden Dokuments des LIGO-Teams erklärt, „ Properties of the binary black hole Merger GW150914 “, verschwören sich die Observablen so, dass keine direkten Informationen über die Rotverschiebung verfügbar sind, wie Ihre Intuition nahelegt.

Die Analyse der detektierten Signalamplitude und -wellenform im Vergleich zu Modellen ergibt jedoch eine absolute Helligkeitsentfernung von ungefähr 410 Mpc oder 1,34 Milliarden Lichtjahren.

Um eine Rotverschiebung zu erhalten, muss ein bestimmtes kosmologisches Modell angenommen werden. LIGO verwendete das Neueste und Beste aus dem Planck-Experiment: eine Wohnung$\Lambda CDM$Universum mit Hubble-Konstante$H_0 = 67.9$km/s/Mpc ($H_0^{-1}c=4415$Mpc) und Materiedichteparameter$\Omega_m=0.306$.

Naiv berechnet man eine Rotverschiebung von$410/4415=0.093$, was dem zitierten Ergebnis ziemlich nahe kommt, da die Rotverschiebung gering ist. Eine genaue Berechnung mindert den Wert etwas$0.088$; siehe Abbildung 11 von Kapitel 3 und Begleittext von Syksy Rasanens Notizen, verfügbar hier .

Dies ist Jroberts, der vor 2 Tagen die Frage nach der Messung der Rotverschiebung der LIGO-Ereignisse gestellt hat. Meine Frage scheint diese Frage ausgelöst zu haben.

Ich möchte eine Highschool-Antwort auf "Können wir die Entfernung zu LIGO-Gravitationswellenereignissen mit Rotverschiebung messen?" da dies allgemeiner und umfassender ist als die oben gestellte Frage.

Die Antwort scheint nein zu sein. Wobei wir viele Werkzeuge verwendet haben, darunter: 1. Laserzeitmessungen zur Messung der Mondentfernung (dank einzigartiger Reflektoren, die während der Apollo-Missionen platziert wurden). 2. Trigonometrische Parallaxe mit dem Durchmesser der Erdumlaufbahn als Basislinie, um die Entfernung zu nahen Sternen zu messen, 3. Veränderliche Cephied-Sterne, die ihr Perioden-Leuchtkraft-Verhältnis verwenden, um Entfernungen zu nahen Galaxien zu messen, 4. „Standard-Kerzen“-Galaxien, um noch größere Entfernungen abzuschätzen, und 5. Rotverschiebungen von Emissions- oder Absorptionslinien, wenn sie mit anderen Entfernungsmessungen korreliert werden, um die größten Entfernungen zu erhalten, wobei zu bedenken ist, dass diese Rotverschiebungen auf ZWEI Parameter zurückzuführen sind 1. Geschwindigkeit der Rezession und 2. Expansion der Raumzeit (übrigens viele Astronomietexte von ca. 1970 haben letzteres ausgelassen, z. B. Abell's Astronomy.)

Die LIGO-Ereignisse sehen ein ähnliches Ereignis wie die pneumatische Schockwelle einer Explosion von TNT, jedoch sind die Schockwellen Gravitationswellen, die die Raumzeit verzerren.

Klingt das für irgendjemanden nützlich?