A2 Fusionen kompakter Objekte und Gravitationswellen

Thema

Das zentrale Element dieses Modells ist ein Paar kompakter Objekte – zwei Neutronensterne, zwei Schwarze Löcher oder eine Kombination aus beidem –, die sich immer weiter annähern und so eine Spirale des Bahnverfalls beschreiben, die unweigerlich in einer Verschmelzung endet.

Da dieses Paar kompakter Objekte Energie in Form von Gravitationswellen abstrahlt, führt diese Strahlung zu einem Verlust an Bahnenergie. Dieser Energieverlust wiederum verringert den Abstand zwischen den beiden Objekten. Je näher sich das Paar jedoch kommt, desto intensiver strahlt es Gravitationsenergie ab, sodass die Strahlung selbst den Bahnenergieverlust, der ihn verursacht hat, wieder auffüllt und verstärkt. Dadurch schließt sich ein sich selbst verstärkender Kreislauf: Geringerer Abstand erzeugt mehr Strahlung, und mehr Strahlung führt zu noch geringerem Abstand, bis die Verschmelzung des Paares zu einem einzigen Objekt unaufhaltsam endet.

Die Frequenz der Gravitationswelle, die dieses Paar während der letzten Spiralbewegung aussendet, ist direkt mit der doppelten Umlauffrequenz des Paares selbst verknüpft. Daher steigen beide Frequenzen in den letzten Augenblicken vor der Verschmelzung immer schneller an.

Die Verzerrung der Raumzeit, die diese Gravitationswelle beim Auftreffen auf die Erde verursacht, ist jedoch extrem gering. Genau diese Geringfügigkeit erfordert hochempfindliche interferometrische Detektoren, um sie überhaupt erfassen zu können.

Wenn mindestens eines der beiden verschmelzenden Objekte ein Neutronenstern ist, kann die Verschmelzung dieses Paares auch von einem beobachtbaren elektromagnetischen Blitz, einem kurzen Gammablitz, begleitet sein. So wird dasselbe Verschmelzungsereignis gleichzeitig von zwei völlig unterschiedlichen Messgrößen aufgezeichnet. So führt der Weg von der immer enger werdenden Umlaufbahn, mit der dieses Dokument beginnt, bis zu jener doppelten Aufzeichnung, mit der es endet, über die Schleife, die zum Verlust von Orbitalenergie zurückführt, und über die Frequenz der Gravitationswelle, die mit der Orbitalfrequenz verknüpft ist, dazu, dass das Paar kompakter Objekte seine eigene Umlaufbahn, die sich selbst verstärkt, schließlich in einer einzigen Verschmelzung aufgeht.

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