A3 Compact Binary Fusion

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist das Paar kompakter Objekte, die zu einem einzigen verschmelzen.

Zwei kompakte Objekte – Neutronensterne, Schwarze Löcher oder eine Kombination aus beidem – in gegenseitiger Umlaufbahn verlieren durch die Abstrahlung von Gravitationswellen Bahnenergie. Dieser Energieverlust verringert den Abstand zwischen den beiden Objekten, und dieser geringere Abstand wiederum erhöht die Intensität ihrer Strahlung. So schließt sich ein sich selbst verstärkender Kreislauf: Weniger Abstand erzeugt mehr Strahlung, und mehr Strahlung führt zu noch weniger Abstand, bis es schließlich zur Verschmelzung der beiden Objekte kommt.

Die Frequenz der während dieser letzten Spirale ausgesendeten Gravitationswelle entspricht stets dem Doppelten der Bahnfrequenz des Paares selbst, sodass beide Frequenzen in den letzten Momenten vor der Verschmelzung immer schneller ansteigen.

Die Amplitude dieser Welle, wenn sie die Erde erreicht, nimmt mit der Entfernung zwischen Erde und Quelle ab und mit der Masse des Systems sowie der Geschwindigkeit der verschmelzenden Körper zu. Doch selbst dann ist diese Amplitude so gering, dass ihre Detektion die Messung einer Längenänderung erfordert, die weit kleiner ist als die Größe eines Atomkerns. An den Armen eines mehrere Kilometer langen Interferometers müsste man eine Änderung messen, die weit unter dem Durchmesser eines Atomkerns liegt. Zwei Schwarze Löcher mit jeweils dreißig Sonnenmassen, die in einem Abstand von kaum einem Zehntel einer Astronomischen Einheit umeinander kreisen, würden von selbst Millionen von Jahren für ihre Verschmelzung benötigen. Dies bestätigt, dass die tatsächlich detektierten Ereignisse lediglich die Endphase einer viel längeren und viel langsameren Spirale darstellen. Vom Paar kompakter Objekte, mit denen dieses Dokument beginnt, bis zu der letzten detektierten Phase, mit der es endet – über die sich selbst verstärkende Schleife und die mit der Umlauffrequenz verknüpfte Wellenfrequenz –, führt die Verschmelzung kompakter Doppelsterne dazu, dass Millionen Jahre einer stillen Umlaufbahn in ihren letzten Augenblicken in einem Bruchteil einer Sekunde katastrophaler Verschmelzung aufgelöst werden.

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