Was hat LIGO tatsächlich gesehen? (Entdeckung von Gravitationswellen)

Das eigentliche Bild ist nicht viel. Ich konnte es von Science finden , und das ist alles, was es ist:

Es ist nur eine Welle, die zu leicht unterschiedlichen Zeiten von zwei verschiedenen Observatorien aus gesehen wird. Die Verschiebung passt perfekt, indem sie um die Lichtgeschwindigkeitsdifferenz an ihren Orten verschoben wird. Das ist der Beweis für Schwerewellen.

Es sollte angemerkt werden, dass der Grund dafür, dass es zwei Instrumente gibt, darin besteht, einen Quervergleich mit anderen Vibrationsquellen bereitzustellen. Jedes Observatorium arbeitet, indem es Schwingungen auf einer 4 km-Skala bis hin zu einer sehr kleinen Größenordnung (1/10.000 der Breite eines Protons) erfasst. Wenn die beiden verglichen werden, kann man davon ausgehen, dass das Signal von einer nicht lokalen Quelle stammen muss, auf die nur Gravitationswellen dieser Definition entsprechen.

Zunächst einmal denke ich, dass Ihre Frage ein Missverständnis der Natur der LIGO-Observatorien widerlegt. Die Art der Detektoren ist, dass sie im Gegensatz zu einer Kamera wie ein Mikrofon funktionieren. Das bedeutet, dass sie empfindlich auf Gravitationswellen reagieren, die aus den meisten Richtungen kommen, aber nicht in der Lage sind, zu unterscheiden, woher die Wellen kommen. Durch die Verwendung mehrerer Detektoren (was auch für eine zuverlässige Erkennung erforderlich ist) kann der Zeitunterschied zwischen den Detektoren verwendet werden, um eine Vorstellung vom Ort der Quelle zu geben. Es bedeutet auch, dass die Ausgabe der Detektoren ein einzelner Datenstrom ist.

Dieses Bild aus dem Artikel in Physical Review Letters (nicht hinter einer Paywall) ist eine bessere Zusammenfassung dessen, was LIGO gehört hat, als die derzeit akzeptierte Antwort. Ich erkläre die Bereiche von oben nach unten.

1. Die oberen Fenster zeigen die „rohen“ Signale, die in den beiden Detektoren gemessen wurden, wobei die H1-Daten rechts über die L1-Daten gelegt wurden.
2. Die zweite Fensterreihe zeigt eine Reihe verschiedener Simulationen dessen, was die allgemeine Relativitätstheorie (Einsteins Theorie) für die Gravitationswellen vorhersagt. Durch diese Simulationen kann LIGO behaupten, dass sie wissen, dass die Welle von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern verursacht wurde.
3. Die dritte Fensterreihe enthält die „Rohdaten“ abzüglich der Simulationen.
4. Die unteren Bereiche sind einfach eine andere Möglichkeit, die "Rohdaten" darzustellen, die als Zeit-Frequenz-Plot bezeichnet werden. Die Zeit ist auf der x-Achse und die Frequenz auf der y-Achse. Für eine Person aus der Praxis ist dieses Signal das erkennbarste Merkmal einer Fusion, bekannt als Chirp. Mit fortschreitender Zeit verschiebt sich die Frequenz nach oben. Sie können hier tatsächlich das „rohe“ Zwitschern hören .

LIGO hat nichts "gesehen". Es überwacht die relativen Längen der Pfade, die von zwei Laserstrahlen in etwa 4 km langen Vakuumrohren genommen werden (obwohl der Laserpfad aus etwa 75 Fahrten auf und ab der Arme besteht) und im rechten Winkel zueinander.

Eine Gravitationswelle, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, ändert das Verhältnis dieser Längen (eine wird kürzer, eine wird größer, dann tauschen sie sich aus) um etwa plus oder minus 1 Teil in$10^{21}$(eine Milliarde Billionen) etwa 30-200 Mal pro Sekunde, wenn es das Instrument passiert.

Das ganze Ereignis dauerte etwa 0,3 Sekunden und die Spur (die überall in den Nachrichten war) zeichnet einfach den Bruchteil auf, um den sich die Länge der Arme als Funktion der Zeit ändert.

Die Veranstaltung wurde (fast) gleichzeitig von zwei fast identischen Setups in verschiedenen Teilen der USA aufgezeichnet. Die Detektion des gleichen Signals in beiden Detektoren schließt eine lokale Ursache der Störung aus, und die geringe zeitliche Verzögerung zwischen den Detektionen erlaubt eine grobe Lokalisierung der Gravitationswellenquelle am Himmel.

Laut dem GW150914-Tutorial haben Advanced LIGO L1- und H1-Detektoren ursprünglich Folgendes gesehen:

Sie können die Rohdaten aus diesem Tutorial herunterladen.

Die anderen Antworten zeigen bereits verarbeitete (weiße, gefilterte, um 7 ms verschobene, invertierte) Wellenformen.

Der eigentliche Messmechanismus, den LIGO verwendete, ist die Laserinterferometrie, also wäre eine vernünftige Interpretation dessen, was LIGO „sah“, das durch die Gravitationswellen verursachte Interferenzmuster, das ungefähr so ​​„aussehen“ würde:

Leider konnte ich kein Bild der eigentlichen Laserinterferenz finden, die LIGO erwähnt hat; Zum Fotografieren ist es wahrscheinlich sowieso zu klein.

Alle anderen Graphen, die die Leute verlinken, sind nur Graphen der Interferenzmusterdaten. Das Anzeigen eines Diagramms der LIGO-Daten als Antwort auf diese Frage ist wie das Anzeigen eines Bildhistogramms als Antwort auf die Frage: "Was sieht das Hubble-Weltraumteleskop?"

Ich weiß nicht, ob es für Sie interessant ist, aber hier ist der Link des Papiers, das über diese Beobachtungen veröffentlicht wurde:

http://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.116.061102

Sobald die obige Antwort ganz einfach ist! Was das Papier (kurz gesagt) sagt, ist, dass LIGO ein vorübergehendes Gravitationswellensignal beobachtet hat, und diese Beobachtungen stimmen mit den Vorhersagen der Wellenform überein, die von der Allgemeinen Relativitätstheorie für das System mit zwei Schwarzen Löchern abgeleitet wurden.

Es sieht Wellenformen wie in den Zeichnungen oben gezeigt.

Einige Beispiele , die Sie hier abrufen und selbst erkunden können:

• BH-NS-Fusionsdatensatz
• NS-NS-Fusionsdatensatz