GW170817

Kilonova
GW170817
ApJL 848 L13 Fig2 Multi-messenger detection of GW170817 and GRB 170817A.svg
Fermi, Integral und LIGO Signale
Sternbild	Wasserschlange
Position Äquinoktium: J2000.0
Rektaszension	13h 09m 48,09s<ref name="weizmann">https://wis-tns.weizmann.ac.il/object/2017gfo</ref>
Deklination	−23° 23′ 53,59″<ref name="weizmann">https://wis-tns.weizmann.ac.il/object/2017gfo</ref>
Weitere Daten
Entfernung	26 bis 48 Mpc
Masse	2,73 bis 2,78 <math>M_\odot</math>
Geschichte
Entdeckung	Fermi Gamma-ray Space Telescope, LIGO
Datum der Entdeckung	17. August 2017
Katalogbezeichnungen
GW170817, GRB 170817A, AT 2017gfo
Vorlage:AladinLite

GW170817 (englisch: Gravitational Wave) ist die Bezeichnung für ein Gravitationswellensignal, das von verschiedenen Detektoren am 17. August 2017 in der Galaxie NGC 4993 im Sternbild Hydra registriert wurde<ref>NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event. NASA JPL, 16. Oktober 2017, abgerufen am 20. August 2026 (). </ref>. Nahezu gleichzeitig wurde ein Gammablitz (Katalogbezeichnung GRB 170817A, englisch: Gamma Ray Burst) vom Fermi-Satelliten aufgezeichnet.<ref name="scinexx-gast" />

In den folgenden Tagen konnten zahlreiche Teleskope, darunter das Hubble-Weltraumteleskop, ein Nachglühen des Ereignisses bei optischen, Infrarot- sowie Röntgen- und Radiowellenlängen beobachten. Die Katalogbezeichnung für das optische Signal lautet: AT 2017gfo.<ref name="weizmann" />

Es war das erste Mal, dass Astronomen sowohl Gravitationswellen als auch elektromagnetische Strahlung vom selben astronomischen Ereignis messen konnten.

Beobachtung der Gravitationswellen

Das Signal der Gravitationswellen konnte um 12:41:04 Weltzeit detektiert werden und dauerte ca. 100 Sekunden an. Es überspannte 3000 Zyklen, bei dem die Frequenz der Gravitationswellen auf mehrere hundert Hertz anstieg. Es erreichte zuerst den Virgo-Detektor in Italien, 22 Millisekunden später das LIGO-Observatorium in Louisiana, USA und nochmals 3 Millisekunden später den LIGO-Hanford Detektor in Washington, USA.<ref name="Abbott"></ref> Mit diesen drei Messungen konnte die Quelle auf einen Bereich von 28 Quadratgrad im südlichen Himmel mit einer 90-%-Wahrscheinlichkeit bestimmt werden.<ref name="PRL-171016">Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2</ref><ref name="NASA-20171016">Elizabeth Landau, Felicia Chou, Dewayne Washington, Molly Porter: NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event. NASA JPL, 16. Oktober 2017, abgerufen am 21. August 2026 (). </ref><ref name="SM-20171016">Adrian Cho: Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show. In: Science. 16. Oktober 2017, abgerufen am 16. Oktober 2017 (). </ref>

Beobachtung des Gammablitzes

Der Fermi-Satellit zeichnete den Gammablitz um 12:41:06 UTC auf. Die Gammastrahlung erreichte die Erde also ca. 2 Sekunden nach den Gravitationswellen. Er dauerte auch nur 2 Sekunden.<ref name="FERMI-20170817">Vorlage:Cite book/NameVorlage:Cite book/Name: [ GCN Circular; Number: 21520; GRB 170817A: Fermi GBM detection; 2017/08/17 20:00:07 GMT.] In: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 28. August 2017 (). Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref>

Weitere Beobachtungen

Datei:NGC 4993 and GRB170817A after glow.gif

Hubble-Aufnahmen von NGC 4993 mit Verlauf nach 6 Tagen

Nach der Detektion der beiden Signale wurde der entsprechende Himmelsbereich von zahlreichen bodengebundenen und weltraumgestützten Instrumenten untersucht. Innerhalb weniger Stunden wurde das Objekt im optischen Bereich entdeckt und der Helligkeits- und spektroskopische Verlauf konnte in den nächsten Tagen und Wochen dokumentiert werden. Nach zwei Wochen wurden aus dem Bereich auch Röntgenstrahlung und Radiowellen gemessen.<ref name="SM-20171016" /> Ein Neutrinosignal konnte nicht gemessen werden.<ref name="Abbott" />

Interpretation

Beobachtet wurde die Kollision zweier Neutronensterne. Dieser Spezialfall eines Verschmelzungsausbruchs wird auch als Kilonova bezeichnet.<ref name="scinexx-gast">Robert Gast: Neutronenstern-Crash lässt Raumzeit erzittern, auf: Spektrum.de vom 16. Oktober 2017</ref><ref>Erste Gravitationswellen von Neutronenstern-Kollision (Memento vom 18. Oktober 2017 im Internet Archive), auf: scinexx</ref> Die beiden Neutronensterne entstanden wohl aus einem Doppelsystem aus zwei massereichen Riesensternen, die im Zuge ihrer stellaren Entwicklung zu unterschiedlichen Zeitpunkten als Supernova explodierten und dabei jeweils einen Neutronenstern zurückließen. Die beiden Neutronensterne blieben gravitativ in einem Doppelsystem gebunden. Ähnlich wie im Hulse-Taylor-Doppelpulsar umkreisten die beiden kompakten Himmelskörper den gemeinsamen Schwerpunkt; durch Abstrahlung von (nicht messbaren) Gravitationswellen verlor das System im Lauf vieler Jahrmillionen Energie, wodurch sich die beiden Neutronensterne langsam näher kamen. Erst in den letzten wenigen Minuten vor der Verschmelzung, in denen die Umlaufgeschwindigkeit rapide zunahm, stiegen Intensität und Frequenz der Gravitationswellen auf messbare Werte an.

Ermittelte Daten<ref name="PRL-171016" />

Masse des ersten Neutronensterns	1,36 bis 1,60 <math>M_\odot</math>
Masse des zweiten Neutronensterns	1,17 bis 1,36 <math>M_\odot</math>
Masse des neuen Objekts	2,73 bis 2,78 <math>M_\odot</math>
In Gravitationswellen umgewandelte Energie	0,025 <math>M_{\odot}c^2</math>
Entfernung der Quelle	26 bis 48 Mpc
Rotverschiebung	0,005 bis 0,010

Der masseärmere Neutronenstern wurde durch die Gezeitenkräfte des schwereren Begleiters zerstört. Während der größte Teil der Materie des zerrissenen Sterns aus einer Akkretionsscheibe auf den massereicheren Begleiter akkretiert wurde, wird ein Teil der Masse des zerstörten Neutronensterns isotrop mit einer Geschwindigkeit vom 0,1- bis 0,2-fachen der Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen. Die neutronenreiche Materie wandelt sich innerhalb weniger Sekunden durch Fission und Beta-Zerfall in Elemente um, die durch den r-Prozess entstehen. Die neu synthetisierten radioaktiven Elemente zerfallen, und die dabei emittierte Strahlung wird als ein Tage dauernder Ausbruch beobachtet.<ref></ref> Ein solches Ereignis gilt als wichtige Quelle für die Bildung schwererer Atomkerne, bei der es nötig ist, Energie von außen zuzuführen. Bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne, wie sie die Forscher beobachtet haben, können große Mengen schwerer Elemente entstehen.

Langzeitbeobachtungen mit dem Röntgenteleskop Chandra lassen darauf schließen, dass die Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch verschmolzen sind.<ref>David Pooley, Pawan Kumar, J. Craig Wheeler, Bruce Grossan: GW170817 Most Likely Made a Black Hole. 2018, arxiv:1712.03240v2</ref>

Wissenschaftliche Bedeutung

Das Ereignis war die lang erhoffte erste Beobachtung von Gravitationswellen aus zwei kollidierenden Neutronensternen statt wie bis dahin aus der Verschmelzung schwarzer Löcher. Die gleichzeitige Beobachtung über elektromagnetische Strahlung war auch der Beginn der Multimessenger-Astronomie mit Gravitationswellen (so wie SN 1987A der Beginn der Multimessenger-Astronomie mit Neutrinos war).<ref>Markus Pössel: Erster Nachweis: Verschmelzende Neutronensterne. Ein Meilenstein für die Astronomie, Sterne und Weltraum, Dezember 2017, S. 24–33, Abstract</ref> Die Beobachtung der Kollision der Neutronensterne brachte auch ein neues Verständnis über die Herkunft schwerer Elemente im Universum.<ref name="SM-20171016" /><ref></ref> Die Kilonova löst ein Kernphysiker-Rätsel. Die Elemente Silber, Gold und Platin sind im Universum entstanden. Kernphysiker vermuteten den Ursprung im r-Prozess, doch wo? Nun ist klar: in dem Verschmelzen von Neutronensternen.<ref name="SM-20171016" />

Die Auswertung des Ereignisses lieferte auch eine unabhängige Abschätzung der Hubble-Konstante mit H = 70 (km·s⁻¹)/Mpc und obere Grenzen für Verletzungen der Lorentz-Invarianz.<ref>B. P. Abbott (LIGO) u. a., A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant, Nature, 16. Oktober 2017, Abstract</ref> Außerdem wurde mit hoher Genauigkeit festgestellt, dass sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten<ref>LIGO, VIRGO, Fermi Gamma Ray Burst Monitor, INTEGRAL: Gravitational Waves and Gamma-rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A arxiv:1710.05834</ref>, was bestimmte alternative Gravitationstheorien ausschließt, und es ergab sich ein neuer Test des Äquivalenzprinzips. Nach einer Vorhersage von 2015<ref>L. Lombriser, A. Taylor: Breaking a Dark Degeneracy with Gravitational Waves, in: JCAP03(2016)031, DOI: 10.1088/1475-7516/2016/03/031</ref><ref>L. Lombriser, N. Lima: Challenges to Self-Acceleration in Modified Gravity from Gravitational Waves and Large-Scale Structure, in: Phys. Lett. B 765, 382 (2017), DOI: 10.1016/j.physletb.2016.12.048</ref><ref>Quest to settle riddle over Einstein's theory may soon be over. In: phys.org. 10. Februar 2017, abgerufen am 29. Oktober 2017 (). </ref> werden dadurch insbesondere Theorien widerlegt, welche die beschleunigte Expansion des Universums mittels Modifikation der allgemeinen Relativitätstheorie zu erklären versuchen.

Veröffentlichungen

• B. P. Abbott u. a. (LIGO): GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral. In: Physical Review Letters. Band 119, 2017, S. 161101, doi:10.1103/PhysRevLett.119.161101, arxiv:1710.05832
• A. Goldstein u. a.: An Ordinary Short Gamma-Ray Burst with Extraordinary Implications: Fermi-GBM Detection of GRB 170817A. In: Astrophysical Journal Letters. Band 848, 2017, Nr. 2, arxiv:1710.05446
• LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, Fermi Gamma-Ray Burst Monitor, INTEGRAL: Gravitational Waves and Gamma-rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A, 16. Oktober 2017. arxiv:1710.05834
• B. P. Abbott (LIGO) u. a.: A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant. In: Nature. 16. Oktober 2017, arxiv:1710.05835

Weblinks

Commons: GW170817 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• LIGO Webseite dazu
• ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle
• Erste Beobachtung der Gravitationswellen von verschmelzenden Neutronensternen, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, 16. Oktober 2017

Einzelnachweise

<references />