Beobachtung von Gravitationswellen durch LIGO aus der Verschmelzung zweier schwarzer Löcher

Neutronensterne sind weniger massereich, aber größer als Schwarze Löcher. Die Frequenz der Gravitationswellen ist auf die Umlaufzeit der Objekte zurückzuführen, während sie sich spiralförmig zueinander bewegen. Eine Neutronensternverschmelzung hätte eine andere Umlaufgeschwindigkeit, also wäre die Frequenz anders und niedriger. Es würde mit einer anderen Rate steigen. Das Signal von Neutronensternen ist auch viel schwächer, konnte also nicht aus derselben Entfernung nachgewiesen werden.

Vor der Erkennung des Signals wurden numerische Simulationen von verschmelzenden Schwarzen Löchern unterschiedlicher Größe durchgeführt, sodass die theoretische Form der Wellenform bekannt war, die von der Verschmelzung von Schwarzen Löchern (und Neutronensternen) erwartet wurde. Aus dieser theoretischen Arbeit war es möglich, die Masse der beiden an der Verschmelzung beteiligten Schwarzen Löcher abzuschätzen, indem das beobachtete Signal mit einem theoretischen abgeglichen wurde. Sie können das theoretische Signal für Schwarze Löcher mit 36 ​​und 29 in den Diagrammen sehen, die als "Numerische Relativitätstheorie" bezeichnet sind.

Dies soll die sehr klare Antwort von @ JamesK ergänzen . Aus den in Abbildung 1 gezeigten Schwingungen kann man eine Periode der gemessenen Gravitationswelle von etwa 5 Millisekunden abschätzen , was einer geschätzten Frequenz der Welle von etwa 200 Hz entsprechen würde. Da das Phänomen binär ist - eine "Welle" wird von jedem der beiden Objekte ausgehen, kann man die momentane Orbitalfrequenz in diesem Moment auf die Hälfte davon oder etwa 100 Hz schätzen .

Die Diskussion am Ende von Abschnitt II erwähnt, dass in diesem Fall eine Orbitalfrequenz, die vor dem Kontakt 75 Hz erreicht , nur von zwei kompakten massiven Objekten – Schwarzen Löchern – erzeugt werden könnte.

Die Anmerkungen geben nur eine Schätzung anhand der Abbildungen wieder. Eine genaue Analyse würde die Modellierung des ursprünglichen Datensatzes erfordern.

Von PB Abbott et al. PRL 116, 061102 (2016) , Abschnitt II und Abbildung 1:

Um eine Orbitalfrequenz von 75 Hz (halbe Gravitationswellenfrequenz) zu erreichen, müssen die Objekte sehr nahe und sehr kompakt gewesen sein; gleiche Newtonsche Punktmassen, die bei dieser Frequenz umkreisen, würden nur ≃350 km voneinander entfernt sein. Ein Paar Neutronensterne hätte zwar kompakt, aber nicht die erforderliche Masse, während ein Neutronenstern-Doppelstern aus einem Schwarzen Loch mit der abgeleiteten Chirp-Masse eine sehr große Gesamtmasse hätte und daher bei viel niedrigerer Frequenz verschmelzen würde. Damit bleiben schwarze Löcher als einzige bekannte Objekte kompakt genug, um berührungslos eine Umlauffrequenz von 75 Hz zu erreichen. Darüber hinaus stimmt der Abfall der Wellenform nach ihrem Höhepunkt mit den gedämpften Schwingungen eines Schwarzen Lochs überein, die sich zu einer endgültigen stationären Kerr-Konfiguration entspannen.