Gravitationswellen-Rechner

LIGO weist eine Gravitationswelle nach, indem es beobachtet, wie zwei 4 Kilometer lange Laserarme sich um etwa ein Teil in 10²¹ dehnen und stauchen - eine Verzerrung, die etwa tausendmal kleiner ist als die Breite eines Protons. Dieses Signal wird erst glaubwürdig, weil dieselbe Wellenform in Detektoren auftauchen muss, die Tausende Kilometer voneinander entfernt sind, sodass sich ein echter Chirp von lokalem Rauschen wie vorbeifahrenden Lastwagen oder fernen Erdbeben unterscheiden lässt. Auch die Frequenz bleibt nicht konstant: Während die beiden Objekte spiralförmig aufeinander zulaufen, wird Bahnenergie als Gravitationsstrahlung abgestrahlt, sodass die Welle bis zur Verschmelzung immer höher schwingt - der Chirp, nach dem die Kurve dieses Tools benannt ist.

Wenn zwei kompakte Objekte aufeinander zuspiralen, senden sie nicht ihre beiden Massen getrennt aus. Die Wellenform wird fast vollständig von einer einzigen Kombination bestimmt, der Chirp-Masse M_c = (m₁m₂)^3/5/(m₁+m₂)^1/5. Diese eine Zahl steuert, wie schnell die Frequenz nach oben wandert — misst man das Tempo des Chirps, erhält man die Chirp-Masse direkt. Deshalb stellt dieses Werkzeug sie in den Mittelpunkt.

Die Amplitude einer Gravitationswelle hängt so von der wahren Leuchtkraftentfernung der Quelle ab, dass Physiker sie aus ersten Prinzipien berechnen können — ohne Kalibrierung an Cepheiden oder Supernovae. Damit wird jede Verschmelzung zu einer Standardsirene: der Chirp liefert die Massen, die Amplitude die Entfernung. Kombiniert mit einer Rotverschiebung ergibt das eine unabhängige Messung der Hubble-Konstante — genau so trug die Neutronenstern-Verschmelzung GW170817 von 2017 zur Frage bei, wie schnell sich das Universum ausdehnt.