Woche der Schwarzen Löcher 4: Wellenschlag mit LIGO, Virgo & Co.

Logo der Black Hole Week

Astrophysik, Soziale Medien und Cartoon-Charaktere von Schwarzen Löchern und von Aliens, die sie besuchen – das ist die Black Hole Week, vom 12. bis 16.4., der ich mich hier auf Relativ Einfach einfach mal angeschlossen habe. An der #BlackHoleWeek beteiligen sich natürlich auch die LIGO-Detektoren, die auf Twitter unter @LIGO durchaus aktiv sind.

[Die Woche der Schwarzen Löcher hier auf Relativ Einfach: 1 Sicherheitshinweise, 2 Akkretion, 3 Schattenrisse, 4 Wellenschlag, 5 Wissenslücken]

Was sich über die Gravitationswellen-Beobachtungen von LIGO für unser Wissen über Schwarze Löcher und Neutronensterne geändert hat, kann man insbesondere an dieser Animation sehen, die LIGO gestern noch einmal gepostet hat:

Grafik die zeigt, wieviele Schwarze Löcher LIGO in seinen ersten drei Beobachtungsläufen entdeckt hat.Credit: LIGO-Virgo; Frank Elavsky, Aaron Geller; Northwestern

Der erste Bild der Animation zeigt, wieviele Neutronensterne und stellare Schwarze Löcher bei welchen Massen vor dem ersten Gravitationswellennachweis bekannt waren. Die Nachweise erfolgten dabei durch herkömmliche astronomische Beobachtungen. Bei den Schwarzen Löchern sehen wir im elektromagnetischen Spektrum ja diejenigen, die einen Begleiterstern haben und von jenem Begleiter Materie abziehen. Weiß man, wie Schwarzes Loch und Begleiter umeinander umlaufen, kann man daraus Rückschlüsse auf die Masse ziehen. Ihrer Masse nach sind die hier eingetragenen Schwarzen Löcher und Neutronensterne in dem Diagramm ja auch geordnet, siehe die Massenskala ganz links.

Der erste Beobachtungsrun, O1, hatte drei Verschmelzungen Schwarzer Löcher nachgewiesen, die im zweiten Bild der Animation eingezeichnet sind. Erschließen lassen sich dabei jeweils die Massen der sich umkreisenden zwei Schwarzen Löcher und die Masse des bei der Verschmelzung entstehenden Schwarzen Lochs. Die LIGO- bzw. LIGO-Virgo-Einträge kommen daher immer als Drillinge einher, mit drei Datenpunkten. Beim O2 kam dann insbesondere die erste Beobachtung der Verschmelzung dreier Neutronensterne hinzu. Und der Übergang von dort zum Bild für den dritten LIGO-Beobachtungsrun O3 zeigt sehr eindrucksvoll, dass LIGO und Virgo inzwischen so empfindlich sind, dass der Nachweis von verschmelzenden Neutronensternen zur Routine geworden ist. Für die Wissenschaft heißt das: Statistische Auswertungen werden möglich!

Wie ein Gravitationswellennachweis funktioniert hat in unserer Vortragsreihe Faszination Astronomie Online unlängst Benjamin Knispel vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik / Albert-Einstein-Institut in Hannover erzählt, am Beispiel des deutsch-britischen Gravitationswellendetektors GEO600:

In einem Folgevortrag hat Benjamin Knispel dann auch einen Überblick über die spannendsten Gravitationswellenereignisse gegeben, die LIGO und Virgo bereits beobachtet haben:

Ab den 2030er Jahren sollen die Messungen von bodengebundenen Gravitationswellendetektoren wie LIGO oder Virgo durch weltraumgestützte Detektoren ergänzt werden. Dazu hat uns bei FasziAstroOnline Oliver Jennrich etwas erzählt, der bei der ESA als Projektwissenschaftler unter anderem für den zukünftigen weltraumgestützten Gravitationswellendetektor LISA zuständig ist:

Für die Erforschung von Schwarzen Löchern spielen solche Gravitationswellen-Nachweise jedenfalls eine wichtige Rolle, die in den nächsten Jahrzehnten noch deutlich größer werden wird. Deswegen dürfen sie in der Black Hole Week natürlich nicht fehlen!

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Markus Pössel hatte bereits während des Physikstudiums an der Universität Hamburg gemerkt: Die Herausforderung, physikalische Themen so aufzuarbeiten und darzustellen, dass sie auch für Nichtphysiker verständlich werden, war für ihn mindestens ebenso interessant wie die eigentliche Forschungsarbeit. Nach seiner Promotion am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam blieb er dem Institut als "Outreach scientist" erhalten, war während des Einsteinjahres 2005 an verschiedenen Ausstellungsprojekten beteiligt und schuf das Webportal Einstein Online. Ende 2007 wechselte er für ein Jahr zum World Science Festival in New York. Seit Anfang 2009 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, wo er das Haus der Astronomie leitet, ein Zentrum für astronomische Öffentlichkeits- und Bildungsarbeit. Pössel bloggt, ist Autor/Koautor mehrerer Bücher, und schreibt regelmäßig für die Zeitschrift Sterne und Weltraum.

32 Kommentare

  1. Frage zur Messmethodik des GEO600-Experiments (Anfrage an Dr. Benjamin Knispel)

    Sehr geehrter Herr Dr. Knispel,

    mit Freude und Interesse habe ich heute Ihre Video-Präsentation “GEO600 – eine virtuelle Führung durch den deutsch-britischen Gravitationswellendetektor” angesehen, weil sie im (heute veröffentlichten) SciLog-Beitrag https://scilogs.spektrum.de/relativ-einfach/woche-der-schwarzen-loecher-4-wellenschlag-mit-ligo-virgo-co/ von Dr. Markus Pössel erwähnt und verlinkt ist.

    Besonders erfreulich und bemerkenswert erscheint mir, dass Sie darin unter Angabe Ihrer Sachkunde versprechenden E-Mail-Addrese die Öffentlichkeit zu eventuellen weiteren Fragen einladen, was ich (Ph.D. “Experimental Particle Physics”, SUNY Albany, 2000) hiermit gern annehme.

    Meine Frage betrifft die Messmethodik des GEO600-Detektors bzw. -Experiments (und damit sicherlich auch der bekannten ähnlichen Detektoren bzw. Experimente) im Zusammenhang mit Ihrer diesbezüglichen Animation und Ihren Bemerkungen (im genannten Video etwa Minuten 9:00 bis 10:00).

    Ein autorisiertes Transkript Ihres Vortrages ist mir leider nicht bekannt; bitte erlauben Sie mir deshalb, die für meine Frage wesentlichen Teile folgendermaßen zu zitieren:

    >>>>>>
    Zitat “GEO600 – eine virtuelle Führung durch den deutsch-britischen Gravitationswellendetektor”, Dr. Benjamin Knispel:
    >>>>>>

    (9:22) Gravitationswellen (wie gesagt) dehnen und stauchen den Raum.

    (9:28) Und in einer nicht ganz vollständigen Art und Weise kann man sich das wie folgt vorstellen; das sieht man jetzt, wenn ich das animiere.

    (9:30) Was würde ‘ne Gravitationswelle mit diesem Aufbau machen ? (Naja.)

    (9:35) Sie bewegt effektiv — das ist nicht ganz das, was passiert — die Spiegel.

    (9:40) Das bedeutet sie verschiebt letztendlich, wie das Licht wieder zurückkommt.

    (9:42) Und dadurch, dass sie Verschiebungen hervorruft, ändert sie letztendlich die Helligkeit am Ausgang.

    >>>>>>
    Zitat-Ende
    >>>>>>>.

    Meine Frage bezieht sich insbesondere auf die Bemerkung “das ist nicht ganz das, was passiert”, wobei ich davon ausgehe und hoffe, wir sind uns darin einig,

    – dass eine Skizze und Video-Animation in vielerlei Hinsicht nicht vollständig und nicht ganz das zeigen soll und zeigen kann, was im GEO 600-Detektor passierte (insbesondere “während ein Signal registriert wurde”);

    – dass Ihre Video-Animation an und für sich betrachtet die Interpretation zulässt (wenn auch “nicht ganz so, wie es passiert ist, sondern jedenfalls stark übertrieben”), dass Teile der Versuchsanordnung (quasi-)periodisch beschleunigt wurden; insbesondere “Spiegel entlang der jeweiligen Interferometerachsen hin und her bewegt (geschoben, geführt, geschüttelt)” wurden; und

    – dass die in (2) beschriebene Interpretation nicht dem entspricht, was die Passage einer Gravitationswelle ggf. “mit dem Aufbau (bzw. mit der Region, in der er sich befand) machen” würde; nämlich die betreffende Region samt dem darin befindlichen Detektor-Aufbau (quasi-)periodisch abwechselnd “räumlich zu dehnen bzw. zu stauchen”; insbesondere ohne Spiegel dabei entlang der jeweiligen Interferometerachsen wesentlich und variierend zu beschleunigen.

    Meine Frage (in verschiedenen Formulierungen):

    (1) Ermöglicht es die konkrete Messmethodik des GEO600-Experiments auszuschließen, dass das, was passiert ist, entsprechend Interpretation (2) passierte ?

    (2) Ermöglicht die konkrete Messmethodik des GEO600-Experiments auszuschließen, dass (während der Registrierung eines Signals) Teile des Aufbaus so (“geeignet”) beschleunigt wurden, dass sich die Helligkeit am Ausgang wie vorgefunden änderte, ohne dass dabei “der Raum wesentlich gedehnt und gestaucht” worden wäre ?

    (3) Oder ist die nahegelegte Aussage “das, was die Video-Animation betont veranschaulicht, ist im entscheidenden Detail ganz prinzipiell nicht das, was im Detektor passiert ist” stattdessen Ausdruck von Modell-Anhängigkeit ?

    (4) Kann daraus, dass bestimmte Signale detektiert worden sind, und weil Passagen von Gravitationswellen solche Signal hervorrufen können, gefolgert werden, dass diese Signale ausschließlich von Passagen von Gravitationswellen hervorrufen wurden (also gerade nicht so, wie es die Animation mangels darstellerischer Mittel suggeriert) ? …

    Unverzüglich möchte ich hinzufügen,

    – dass ich damit keineswegs in Zweifel ziehe, dass “das, was passierte” (d.h. Signaldetektionen) durch die in diesem Zusammenhang bekannten astro-physikalischen Geschehnisse verursacht und (deshalb) von den vorhandenen Detektoren nahezu koinzident beobachtet bzw. erlebt wurde. Eher im Gegenteil: mich interessiert nicht zuletzt, ob und wie Einrichtungen für “Seismische Isolation” darauf reagieren würden, wenn die gesamte Aufhängung, ganz Hannover und Umgebung, die ganze Welt gleichermaßen “geeignet wackelt”; und

    – dass ich es für äußerst wahrscheinlich halte, dass durch die bekannten astro-physikalischen Geschehnisse Gravitationswellen (mit dem erwarteten charakteristischen “Chirp”-Verlauf) abgestrahlt wurden, und dass ich es sogar für recht wahrscheinlich halte, dass die bekannten Detektionen von Signalen (der erwarteten “Chirp”-Signalform) damit verbunden und verursacht war, dass der jeweilige Detektor von jeweils einer entsprechenden Gravitationswelle passiert wurde. —
    Ich weiß nur nicht, ob die Beschleunigungen der Spiegel (bzw. deren Ausbleiben) hinreichend genau gemessen worden wären, um “Interpretation (2)” auszuschließen.

    (Genauer genommen, auch hinsichtlich der “doppelten Pendelketten”, die im Video (20:25) gezeigt und erwähnt sind, soweit ich die Einzelheiten des Aufbaus und Betriebes verstehe, ginge es insbesondere jeweils um die Beschleunigung des ganzen Pendel-Endes insgesamt; bestehend aus dem “eigentlichen Spiegel”, der “Reaktionsmasse” und dem sie verbindenden “System von Aktuatoren”.)

    (Im Übrigen fände ich zum Nachweis von Krümmung, einschl. von (quasi-)periodisch veränderlicher Krümmung, am überzeugendsten einen ausdrücklichen Krümmungs-Detektor wie J. L. Synge’s “Five-point curvature detector” geeignet; also ein Zehn-Arm-Interferometer, wie es sich womöglich als Ausbau-Variante von LISA realisieren ließe.)

    Über eine Antwort oder einen Kommentar von Ihnen würde ich mich sehr freuen; am meisten, falls das öffentlich und (weitgehend) Barriere-frei in Markus Pössels SciLog erfolgen würde. Deshalb nehme ich mir auch vor, diese Anfrage morgen früh als Kommentar im o.g. von Markus Pössel administrierten SciLog einzureichen. (Ob, wann und wie mein Kommentar anschließend dort veröffentlicht würde, wird dort erfahrungsgemäß vom Administrator entschieden und ggf. veranlasst.)

    Abschließend sei erwähnt, dass die Thematik in (den Kommentaren von) Markus Pössels SciLog u.a. schon 2017 hinsichtlich des LIGO-Detektors dargestellt wurde; damals jedoch ohne eine für mich erkennbare sachkundige Beantwortung zu erhalten.

    Mit freundlichen Grüßen

    Frank Wappler

    • Frank Wappler schrieb (16.04.2021, 08:48 Uhr):
      > Frage zur Messmethodik des GEO600-Experiments (Anfrage an Dr. Benjamin Knispel) […]

      tl;dr Benjamin Knispels Animation zeigt Spiegel, die sich hin und her bewegen; die also beschleunigt sind. Ich möchte wissen: Wurde ausdrücklich gemessen, dass das nicht ganz genau das ist, was im Detektor passierte ?

    • Lieber Herr Wappler,

      vielen Dank für Ihr Interesse und Ihre Frage(n) zu dem Thema. Ich bin mir nicht ganz sicher, dass ich einhundertprozentig verstanden habe, was Sie zu fragen versuchen, aber schauen wir mal, was wir hinbekommen.

      Gleich vorweg: GEO600 hat bisher keine Gravitationswellen-Signale gemessen. Dafür ist der kleinere Detektor nicht empfindlich genug. Lediglich in Virgo und beiden LIGO-Instrumenten gab es bislang direkte Gravitationswellen-Nachweise.

      Meine Bemerkung, dass die in der Animation gezeigten Abläufe nicht ganz das sind, was eigentlich passiert, bezieht sich darauf, dass in erster Näherung eine Bewegung der Spiegel (und damit einhergehende Längenänderungen der Arme) eine akzeptable Beschreibung der Vorgänge sind. Unberücksichtigt bleibt dabei die parallel stattfindende Dehnung/Stauchung des Raumes, die sich auch auf den Laserstrahl selbst auswirkt. Dies führt jedoch nicht dazu, dass die Gravitationswelle nicht messbar wäre. Das erklärt beispielsweise Peter R. Saulson im American Journal of Physics 65, 501 (1997). Auch Markus Pössel legt das in seinem Artikel „Relatively complicated? Using models to teach general relativity at different levels“ in Kapitel 7 dar.

      Wenn ich Ihre Frage nun richtig verstanden habe, bezieht sich diese auf eine unabhängige nicht-interferometrische Messung der Beschleunigungen der Testmassen auf dem Niveau wie sie von Gravitationswellen erwartet wird.

      Das ist nicht möglich; es ist aber möglich zu verifizieren, dass Bewegungen der Testmassen sich auf einem solchen Niveau interferometrisch messen lassen. Der Begriff dahinter lautet Detektorkalibration. Dabei können beispielsweise die Testmassen durch den Strahlungsdruck eines Hilfslasers so bewegt werden wie das auch Gravitationswellen (in der vereinfachten Betrachtung) täten. Diese sogenannten photon calibrators in Advanced LIGO sind hier in „The Advanced LIGO Photon Calibrators“ beschrieben. In „Calibration of Advanced Virgo and Reconstruction of the Gravitational Wave Signal h(t) during the Observing Run O2“ gibt es eine Übersicht darüber wie unter anderem mittels der photon calibrators in Virgo das Messsignal kalibriert und rekonstruiert wird, für LIGO gibt es eine ähnliche Zusammenstellung für das erste Signal, GW150914 in „Calibration of the Advanced LIGO detectors for the discovery of the binary black-hole merger GW150914“, darin auch der Vergleich verschiedener unabhängiger Kalibrationsmethoden in Anhang A.

      Diese dauerhaft laufende Kalibration (über schmalbandige Kalibrationslinien-Signale) wäre nicht möglich, wenn es Restbewegungen der Testmassen gäbe, deren Niveau über dem der Kalibrationssignale (und damit auch dem der erwarteten Gravitationswellen) läge.

      Viele Grüße,
      Benjamin Knispel

      • Benjamin Knispel schrieb (27.04.2021, 08:48 Uhr):
        > […] Meine Bemerkung, dass die in der Animation gezeigten Abläufe nicht ganz das sind, was eigentlich passiert, bezieht sich darauf, dass in erster Näherung eine Bewegung der Spiegel (und damit einhergehende Längenänderungen der Arme) eine akzeptable Beschreibung der Vorgänge sind. Unberücksichtigt bleibt dabei die parallel stattfindende Dehnung/Stauchung des Raumes, die sich auch auf den Laserstrahl selbst auswirkt. […]

        Vielen Dank für die Erläuterungen (einschl. verlinkten Artikeln).
        Meine obigen Fragen (16.04.2021, 08:48 Uhr, bzw. 16.04.2021, 08:50 Uhr) sehe ich damit zwar nicht ganz direkt beantwortet (es handelte sich schließlich um “Ja? — oder Nein?” – Fragen). Aber zumindest sind dadurch bestimmte Anschlussfragen nahegelegt, um hoffentlich zunehmend verständlich auszudrücken, was ich gern wissen und geklärt haben möchte; nämlich

        – eine bis auf Weiteres sicherlich nur hypothetische Frage:

        Falls ausdrücklich und zuverlässig festgestellt werden könnte, _ob_ “Dehnung/Stauchung des Raumes” stattfand (ggf. womöglich insbesondere anhand der erwähnten spezifischen “Auswirkung auf den Laserstrahl selbst”), oder nicht (also ggf. insbesondere verbunden mit der Bewertung des Laserstrahls als “entsprechend unverändert”),
        und falls beim Aufzeichnen von (astro-physikalisch verursachten) Signalen (ähnlich den schon bekannten) mit Zwei-Arm-Interferometern (ähnlich den gebräuchlichen, für ihre schon aufgezeichneten Signale bekannten) ausdrücklich und zuverlässig festgestellt worden wäre, dass “Dehnung/Stauchung des Raumes” dabei _nicht_ stattfand,
        wäre dann “Passage einer Gravitationswelle” eine “in erster Näherung” akzeptable Beschreibung dieser Vorgänge ?

        – und eine eher praktische Frage:

        Falls beim Aufzeichnen von (astro-physikalisch verursachten) Signalen (ähnlich den schon bekannten) mit Zwei-Arm-Interferometern (ähnlich den gebräuchlichen, für ihre schon aufgezeichneten Signale bekannten) _nicht_ ausdrücklich festgestellt wurde, ob dabei “Dehnung/Stauchung des Raumes” stattfand, oder nicht,
        ist dann “Passage einer Gravitationswelle” ohne weitere Vorbehalte (bzw “in jeder Näherung”) eine akzeptable Beschreibung dieser Vorgänge ?

        p.s.
        > […] eine unabhängige nicht-interferometrische Messung der Beschleunigungen der Testmassen auf dem Niveau wie sie von Gravitationswellen erwartet wird. Das ist nicht möglich; […]

        Die Beschleunigungen der Testmassen ((bzw. Veränderungen der Beschleunigungen hängender Testmassen), die bei Passage von Gravitationswellen erwartet werden, sind doch: exakt Null, nicht wahr ?

        > […] können beispielsweise die Testmassen durch den Strahlungsdruck eines Hilfslasers so bewegt werden wie […]

        Diese Beschleunigungen sind (zwangsläufig) von Null verschieden. Beschleunigungen der Testmassen in dieser relevanten Größenordnung (vermutlich ca. 10^{-10} m/s^2) ausdrücklich zu messen bzw. den womöglich erwarteten Beschleunigungswert “exakt Null” zuverlässig von ca. 10^{-10} m/s^2 zu unterscheiden (insbesondere während die erwarteten Signale aufgezeichnet werden) mag wohl technisch anspruchsvoll oder bis auf Weiteres unmöglich sein.

        > […] photon calibrators […] Diese dauerhaft laufende Kalibration (über schmalbandige Kalibrationslinien-Signale) wäre nicht möglich, wenn […]

        Ist diese Kalibrierung etwa dauerhaft laufend auch während “data taking” ?? …

        • Lieber Herr Wappler,

          am Ende scheinen Ihre Fragen sich um eine zentrale Frage zu drehen: Was ist die Antwort eines interferometrischen Gravitationswellen-Detektors auf eine Gravitationswelle? Ich würde Ihnen dafür (falls nicht bereits bekannt) die konsequente Berechnung in „The response of interferometric gravitational wave detectors“ (Phys. Rev. D 79, 022002) ans Herz legen. Die entscheidende Folgerung steht ganz am Ende des abstract:

          „(…) the final result is the same in the case of Minkowski background spacetime, synchronous coordinates, transverse-traceless gauge metric perturbations, and arm mirrors at coordinate rest.“

          In anderen Worten: wenn man’s richtig ausrechnet kommt auch genau das raus, was bisher immer alle in der aus jeder ART-Vorlesung bekannten Näherung gemacht haben – und worauf meine bisherige Argumentation basierte. Also: eine Gravitationswelle wirkt sich (in linearisierter Näherung) vermittels Raumkrümmung so aus als würden sich durch sie die Längen der Arme verändern. Und das kann ich so betrachten als würden sich die Spiegel relativ zum Strahlteiler bewegen. Peter Saulson hat das auch sehr schön in diesem Talk dargestellt.

          Deswegen lassen sich mittels Strahlungsdruck induzierter Bewegungen der Testmassen die Detektoren kalibrieren – ganz genau so als käme der Effekt von einer Gravitationswelle, die den Raum krümmt. Dass das geht, zeigen die bereits verlinkten Veröffentlichungen.

          Meine Aussage zu den kontinuierlich laufenden Kalibratoren ist in „The Advanced LIGO Photon Calibrators“ auf Seite 2, rechts oben zu finden:

          „Four Advanced LIGO Pcal systems have been installed and are operating continuously, two at each LIGO observatory, one for each test mass at the ends of the interferometer arms. They are providing the required fiducial displacements with accuracy of better than one percent.“

          Details dazu, warum das so gemacht wird und zudem nicht mit den Messungen interferiert, können Sie der Veröffentlichung ebenfalls entnehmen.

          Viele Grüße
          Benjamin Knispel

          • Benjamin Knispel schrieb (28.04.2021, 20:53 Uhr):
            > […]

            Aus Platzgründen habe ich meinen ausführlicheren Antwort-Kommentar (29.04.2021, 01:46 Uhr) separat eingereicht; er wird sicherlich demnächst weiter unter auf dieser Webseite zu finden sein.

  2. @Frank Wappler / 16.04.2021, 08:48 Uhr

    Da bin ich jetzt aber wirklich gespannt, ob Du eine befriedigende Antwort auf Deine Frage bekommen wirst.

    In der Zwischenzeit kannst Du vielleicht noch über folgendes grübeln — sofern Dir keine spontane Antwort einfällt. Erinnert sei, dass Andreas Müller u.a. hier schrieb (vgl 4. Discussion):

    BH event horizons are in the future of external observers! Looking at the Penrose diagrams of classical BHs the intrinsic singularity has the character of a future null infinity. Therefore, an external observer located at asymptotical flatness does not share the same hypersurface t = const with the BH singularity.In simple words: BH event horizons are in our future and hence in principle non-observable.

    Wie also soll ein terrestrischer Beobachter eine “Verschmelzung” von Objekten beobachtet haben können, die in seiner kausalen Vergangenheit gar nicht aufscheinen?

    By the way, Andreas Müllers Paper wurde gerade noch von Piotr Chruściel (2020) zitiert (wenngleich nicht zu diesem speziellen Punkt). Chruściel wirkt seinerseits allerdings auch nicht gerade überzeugt von der LIGO-Geschichte (“While there is widespread consensus that the waves have been detected by now, some scientific scepticism is in order. …“)

    • @Chrys (Zitat):

      Wie also soll ein terrestrischer Beobachter eine “Verschmelzung” von Objekten beobachtet haben können, die in seiner kausalen Vergangenheit gar nicht aufscheinen?

      Frage: Ist das ihr neuestes Argument gegen die Existenz von Gravitationswellen? Oder nur ein Argument gegen die Detektion der finalen Verschmelzung?
      (Nun wir wissen ja beide, dass sie hier auf scilogs mindestens schon 2-Mal gegen die Existenz von Gravitationswellen angeschrieben haben)

      Dabei ist es gemäss meinen Informationen absolut sicher
      1) dass aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie die Existenz von Gravitationswellen folgt
      2) dass Gravitationswellen bereits 1974 indirekt bestätigt wurden durch Beobachtung des Hulse–Taylor binary Pulsars. Die gegenseitige Annäherung dieser Pulsare wird bis auf viele Nachkommastellen genau durch das Abstrahlen von Gravitationswellen beschrieben. Hulse und Taylor erhielten dafür 1993 den Nobelpreis. Zurecht! Denn ihre Beobachtung lässt sich fast nur mit der Abstrahlung von Gravitationswellen vom Pulsarsystem erklären.

      zu 1) Nicht nur, dass Einstein selbst folgerte, dass aus seinen Gleichungen die Existenz von Gravitationswellen folgt, nein auch Leute, die sich ihr ganzes Leben mit Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie beschäftigt haben, wie Kip S. Thorne, haben x-Mal auf x-verschiedene Art vorgerechnet, dass es Gravitationswellen gibt und wie sie im Detail aussehen.

      zu 2): In der Wikipedia liest man zur Genauigkeit der Bestimmung der abgestrahlten Gravitationswellen des Hulse–Taylor Pulsars folgendes:

      Bei diesem vergleichsweise großen Energieverlust durch Gravitationsstrahlung beträgt die Abnahmerate der Umlaufzeit 76,5 Mikrosekunden pro Jahr, die Abnahmerate der Semimajorachse 3,5 Meter pro Jahr und die berechnete Lebensdauer bis zur endgültigen Inspirierung 300 Millionen Jahre.[2][12]

      Im Jahr 2004 veröffentlichten Taylor und Joel M. Weisberg eine neue Analyse der bisherigen experimentellen Daten und kamen zu dem Schluss, dass die 0,2%ige Diskrepanz zwischen den Daten und den vorhergesagten Ergebnissen auf schlecht bekannte galaktische Konstanten zurückzuführen ist, einschließlich der Entfernung der Sonne vom galaktischen Zentrum, der Eigenbewegung des Pulsars und seiner Entfernung zur Erde.

      Beurteilung: Dieses Argument gegen (gewisse Formen von) Gravitationswellen ist ihr bisher schwächstes, denn es ändert sich ja nichts an der Beobachtung, wenn der absolute Schlusspunkt einer Verschmelzung gar nicht zu beobachten ist.

  3. Chrys schrieb (17.04.2021, 00:48 Uhr):
    > @Frank Wappler / 16.04.2021, 08:48 Uhr Da bin ich jetzt aber wirklich gespannt, ob Du eine befriedigende Antwort auf Deine Frage bekommen wirst.

    Danke für die Anteilnahme. (Ich bin außerdem gespannt, auf welchem Wege ggf. eine eventuelle Reaktion auf meine “öffentliche Anfrage” erfolgen würde.)

    p.s.
    > In der Zwischenzeit kannst Du vielleicht noch […]

    … (Ich habe ja möglichst deutlich machen wollen, dass sich meine oben gezeigte Anfrage von der folgenden Thematik getrennt betrachtet werden kann und soll.) …

    > […] » In simple words: BH event horizons are in our [and any external observers’] future and hence in principle non-observable.«

    > Wie also soll ein terrestrischer Beobachter eine “Verschmelzung” von Objekten beobachtet haben können, die in seiner kausalen Vergangenheit gar nicht aufscheinen?

    Das ist bestimmt ausgeschlossen.
    Vorstellbar ist jedoch, dass jemand von Photon-Sphären als “aufscheinenden und verschmelzenden Objekten” spricht …

    (Wozu eine Antwort auf meine diesbezügliche Frage in Andreas Müllers SciLog offenbar nicht erforderlich ist.)

  4. @Frank Wappler / 19.04.2021, 16:00 Uhr

    »Das ist bestimmt ausgeschlossen.«

    Ganz bestimmt. Nach meinem Eindruck hat sich auch Andreas Müller so etwas gesagt und gewisse Konsequenzen gezogen. Paint it gray… 😉

    @Martin Holzherr / 17.04.2021, 17:54 Uhr

    Mich dünkt, Sie haben das Problem dabei gar nicht recht verstanden. Ist Ihnen klar, was Andreas Müller da eigentlich gemeint hat?

    Ich finde es schon etwas bedauerlich, dass er sich hier komplett zurückgezogen hat.

    • Andreas Müller ist ja weiterhin aktiv, nur eben auf anderen Plattformen; siehe diesen Vortrag von ihm über Gravitationswellen und Schwarze Löcher bei “Urknall, Weltall und das Leben”: https://www.youtube.com/watch?v=D26dHiBuHwo – was für Konsequenzen er auch gezogen haben mag, daran, wie er über Gravitationswellen und Schwarze Löcher referiert, scheint er nichts Grundlegendes geändert zu haben.

      Warum auch? Die Aussage zum Ereignishorizont heißt ja nur: Aus dem Innenbereich Schwarzer Löcher können uns keine Gravitationswellen erreichen. Was im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie keine Überraschung sein sollte. Und was soweit ich sehen kann auch niemand zur Erklärung der Gravitationswellen-Messungen von LIGO, Virgo & Co. behauptet hat.

  5. @Markus Pössel / 21.04.2021, 10:56 Uhr

    Meine Sichtungen von “A. Müller” passieren eher auf anderen Plattformen, wie beispielsweise konkret hier.

    Dass es sich dabei schlicht um eine homonyme Verwechselung handeln könnte, wage ich nicht zuletzt mit dem Hinweis auf die angegebene Anschrift mal auszuschliessen.

    Sofern dies korrekt ist, teilt er offenbar doch einige “motivation to investigate what happens when there is no event-horizon for a so-called black hole.” (Zitat aus dem Paper.)

    Doch ganz egal ob pc-GR oder standard-GR, ein terrestischer Beobachter eines stellaren Kollapses wird in seiner kausalen Vergangenheit (also jener Raumzeit-Region, aus der er Signale empfangen kann) zu keinem endlichen Zeitpunkt die Ausformung eines Horizontes konstatieren können. Weil dies bestenfalls — in Andreas Müllers Worten — in seiner Zukunft liegt. Und sollte unser Beobachter eine Kollision zweier solcher Kollapsare beobachten (ein durchaus in seiner kausalen Vergangenheit vorstellbares Ereignis), kann folglich auch noch keines der kollidierenden Objekte vor resp. bei der Kollision einen Horizont augebildet haben.

    • “Noch keines” ist wegen des erweiterten Gleichzeitigkeitsbegriffs schwierig zu konstatieren. In der Praxis wird sich ein Horizont z.B. von einer Neutronensternoberfläche dadurch unterscheiden, dass Materie von dort eben nicht abprallen bzw. dort beim Aufprall keine heißen Flecke erzeugen kann. Entsprechende Beobachtungen (wenn auch noch etwas umstritten) gibt es ja schon. Für diese Unterscheidung ist unerheblich, ob das Verschwinden aus der beliebig starken Rotverschiebung am Horizont herrührt oder das Objekt den Horizont “wirklich” (was immer das heißen soll) bereits überschritten hat.

      • @Markus Pössel / 01.05.2021, 16:35 Uhr

        Dass ein stationärer Beobachter eines stellaren Kollapses keine Ausformung eines EH in endlicher Zeit (nach seiner Uhr) wird beobachten können, darf meines Erachtens als ein Standardresultat gelten; vgl. e.g. T. Vachaspati, D. Stojkovic, and L. M. Krauss (2007), als Ref. [43] in

        Murk, S., & Terno, D. R. (2021). Universal properties of the near-horizon geometry. Phys. Rev. D, 103(6), 064082. arXiv:2010.03784 [gr-qc]

        Letztere fragen indes nach Bedingungen, die notwendigerweise erfüllt sein müssten in dem Fall, dass sich beim Kollaps eine MOTS (aka apparent horizon) in endlicher Zeit des Beobachters bildet. Das Ergebnis scheint mir nicht unbedinngt für die Erwartung einer Entstehung von Horizonten zu sprechen…

        Das Akronym UCO finde ich noch ganz nett — könnte auch für Unidentified Compact/Colliding Object stehen, was dem aktuellen Stand unseres Wissens eigentlich doch ganz angemessen wäre.

        • Ja und? Dass es zumindest im klassischen Falle unmöglich ist, als äußerer Beobachter aus dem Inneren (samt Rand) eines Schwarzen Lochs Informationen zu erhalten, wird ja nun in wirklich so gut wie jeder Darstellung Schwarzer Löcher erwähnt.

          Insofern: Klar können wir über das Innere Schwarzer Löcher keine gesicherten Aussagen treffen. Und über die Singularitätentheoreme wissen wir ja bei Gültigkeit der ART, dass die ART dort an die Grenzen ihrer Beschreibungsmöglichkeiten stößt.

          “Unidentified Compact/Colliding Object” stellt unser Licht finde ich unter einen Scheffel. Kompakt sind auch Neutronensterne; die können wir in Anwesenheit von Materie prinzipiell von Schwarzen Löchern unterscheiden (denn auf die feste Oberfläche eines Neutronensterns kann Materie auftreffen und dadurch Leuchterscheinungen hervorrufen; bei einem Schwarzen Loch geht das nicht). Und die Eigenschaften bis direkt über dem Horizont erkunden die Gravitationswellenmessungen ja auch einigermaßen spezifisch. Andererseits zeigen die entsprechenden Rechnungen ja, dass Neutronensterne oberhalb einer bestimmten Grenzmasse nicht stabil sind; das wiederum passt gut zu den entsprechenden Beobachtungen z.B. an Pulsaren.

          Insgesamt bin ich durchaus dafür, dass auch noch exotischere Alternativen (Bosonsterne u.ä.) untersucht werden, und klar könnten neue Beobachtungsdaten an den Wahrscheinlichkeiten für die Identifikation noch etwas ändern. Aber beim jetzigen Stand finde ich es legitim, in dem Zusammenhang von Schwarzen Löchern zu reden. Mit dem Caveat, dass wir für das Innere keine richtige Beschreibung haben, dass wir also bei Beobachtungen allenfalls die äußeren Eigenschaften nachweisen können: Gravitationswirkung (mit detaillierter Vorhersage, wie die aussieht) und Fehlen einer festen Oberfläche, auf die etwas aufprallen kann.

          • @Markus Pössel / 02.05.2021, 17:55 Uhr

            Okay, das war vielleicht missverständlich, ich formuliere es mal anders: Der stationäre Beobachter eines stellaren Kollapses weiss, dass es für ihn gemäss der GR unendlich lange dauert, bis dabei ein EH geformt wird — wenn überhaupt. Insofern lässt sich verschärfend zu Andreas Müllers Statement sogar sagen, dass der EH allenfalls asymptotisch in der unendlich fernen Zukunft des Beobachters liegt, für den ein EH folglich prinzipiell inobservabel wäre, da in seiner kausalen Vergangenheit zu keinem Zeitpunkt ein solcher vorzufinden ist.

            Andernfalls wäre Müllers theoretische Begründung für prinzipielle Inobservabilität als falsch zu bezeichnen, wie u.a. auch die von Vachaspati et al. (2007) gemachten Annahmen. Zugegeben, ich hatte die Begründung in der gegebenen Formulierung auch nicht auf Anhieb verstanden, doch mit etwas Nachdenken kann einem schon klar werden, wie das wohl gemeint ist.

            Bei Neutronensternen erwartet man ja keine Horizonte, und die gelten vermutlich nicht als UCO (Ultra-Compact Object), sondern nur als `compact’. (Im übrigen war meine erste Assoziation mit diesem Kürzel eigentlich `Unidentified Collapsing Object’, nicht `Colliding’, wie ich da etwas zerstreut schrieb.)

          • Also ist es jetzt “unidentified” oder “ultra”? Ich finde nach wie vor legitim, in beiden Fällen von Schwarzen Löchern zu reden – wobei man klarstellen sollte, was davon im astrophysikalischen Sinne relevant ist (nämlich nicht das Innere). Ähnlich geht es mit dem Begriff Horizont. Der ist inobservabel in dem Sinne, dass uns per Definition kein Licht von dort erreichen kann. Aber zumindest als Gedankenexperiment mit unrealistisch leistungsstarkem Raumschiff kann man natürlich schon sehr genau nachweisen: Da ist eine gleichmäßige Fläche, an der hineingeworfene Objekte für uns auf den von der ART vorausgesagten Zeitskalen verschwinden (also beliebig starke Gravitations-Rotverschiebung), ohne die möglichen Effekte beim Aufprall auf eine Oberfläche (wie bei Neutronensternen), und von wo man sie (Experimente mit beliebig starken Seilen) man sie nicht zurückholen kann. Das ist deutlich spezifischer als “Ultrakompaktheit”; diese zusätzlichen Informationen sollte man nicht beiseitelassen.

          • @Markus Pössel / 03.05.2021, 11:34 Uhr

            »Also ist es jetzt “unidentified” oder “ultra”?«

            Das steht doch bei Murk & Terno (2021). Was da nicht steht, ist meine sinnige Umdeutung Akronyms UCO.

            »Der [Horizont] ist inobservabel in dem Sinne, dass uns per Definition kein Licht von dort erreichen kann.«

            Mit `Hawking radiation’ und `information loss’ wird ein Szenario in die Diskussion gebracht, wo ein distanter Beobachter eben doch etwas würde observieren können, was ihm Rückschlüsse auf das allfällige Vorhandensein eines Horizontes in seiner kausalen Vergangenheit ermöglicht. Was da nicht vorhanden ist, sieht er aber auch nicht verdampfen, entgegen Hawkings Erwartung — more to explore e.g. bei Vachaspati et al. (2007).

            »Aber zumindest als Gedankenexperiment mit unrealistisch leistungsstarkem Raumschiff kann man natürlich schon sehr genau nachweisen: Da ist eine gleichmäßige Fläche, an der hineingeworfene Objekte für uns auf den von der ART vorausgesagten Zeitskalen verschwinden …«

            Lassen wir also einen stationären Beobachter im Schwarzschild Feld ein Objekt radial in Richtung Horizont fallen unter der Annahme, dass es unterwegs auf kein Hindernis prallt. Dann dauert der freie Fall bis zum Horizont für den Beobachter unendlich lange, das können wir ausrechnen, und das Objekt fällt aus seiner Perspektive nicht in endlicher Zeit in ein Loch. Aus dem gleichen Grund formt sich auch bein Oppenheimer-Snyder Kollaps kein Horizont in endlicher Zeit. Dann kann man sich fragen: Ist das typisch für einen stellaren Kollaps, und falls nein, wieso nicht?

          • Hawkingstrahlung lasse ich bei meinen Überlegungen außen vor – die ist ja auch soweit wir wissen für astrophysikalische Schwarze Löcher irrelevant.

            Beim stationären Beobachter gilt: Das Objekt ist auf kurzen Zeitskalen einfach verschwunden. (Der Zeitdilatationsfaktor entspricht ja einer Rotverschiebung des vom Objekt ausgesandten Lichts.) In einem vom Beobachter aus gesehen komplett dunklen Raumbereich. Das ist diagnostisch ein sehr klarer Unterschied z.B. zu Materie, die auf der Oberfläche eines Neutronensterns auftrifft. Zusätzlich kann man von außen ja noch feststellen, dass der betreffende Bereich nicht durchlässig ist (Licht von der Gegenseite kommt nicht durch), und man kann durch Hineinspiralen-lassen eines kleinen Testobjekts die Raumzeit bis kurz vor dem Horizont sehr genau vermessen (so etwas soll LISA dann ja bei supermassereichen Schwarzen Löchern tun). All diese Daten zusammengenommen ist in der Tat am einfachsten, so ein Gebilde dann “(astrophysikalisches) Schwarzes Loch” zu nennen.

  6. @Benjamin Knispel

    Darf ich da eine kurze Verständnisfrage zu Ihrer Antwort @Frank Wppler (28.04.2021, 20:53 Uhr) anbringen?

    Ihre Aussage wäre, wenn ich recht verstanden habe, dass sich die GW eigentlich auf die Geometrie auswirkt, was bei der linearen Näherung g = η + h dann so interpretiert wird, als sei h eine “Kraft”, unter deren Einfluss die Testmassen resp. Spiegel vor dem Minkowski Hintergrund η wackeln würden?

    Ist das so korrekt?

    • Liebe(r) Chrys,

      man kann zeigen, dass h sich in einer mit Licht messbaren Abstandsänderung bemerkbar macht. Und das kann als Längenänderung der Arme bzw. Bewegung der Spiegel betrachtet werden. Saulson stellt das in den beiden bereits genannten Quellen ausführlicher da. S. 21 von seinem oben verlinkten Talk:

      „Do test masses move in response to a gravitational wave?
      Yes and no.
      No, if you describe physics in the coordinate system that we used to do the calculation. That used the transverse traceless gauge, and in that description freely-falling masses define the coordinates.
      Only a non-gravitational force can cause a mass to move, i.e. to change its coordinates.
      Yes, if you describe physics the way we normally do in the laboratory, by defining coordinates with marks on a rigid rod.“

      Viele Grüße
      Benjamin Knispel

  7. Benjamin Knispel schrieb (28.04.2021, 20:53 Uhr):
    > am Ende scheinen Ihre Fragen sich um eine zentrale Frage zu drehen:
    > Was ist die Antwort eines interferometrischen Gravitationswellen-Detektors auf eine Gravitationswelle?

    So interessant und wichtig diese Frage bzw. deren Beantwortung an sich ist, und auch im Zusammenhang mit meinem Anliegen ist, ist sie meines Erachtens doch auch schon längst ausführlich und für meine Belange ausreichend beantwortet und geht (deshalb, erneut) am Kern meines Interesses vorbei. Darum möchte ich noch einmal eine entsprechende Formulierung meiner eigentlichen Frage folgendermaßen entgegensetzen:

    Lässt sich daraus, dass die Antworten von (Zwei-Arm!-)Interferometern auf bestimmte astro-physikalische Vorgänge genau diejenigen Antworten sind, die diese Art von Detektoren kollektiv jeweils bei Passage einer Gravitationswelle geben könnten und würden,
    mit Sicherheit schlussfolgern,
    dass die Antworten dieser Detektoren ausschließlich mit Passagen von Gravitationswellen verbunden waren ?

    Oder noch kürzer:
    Können LIGO/Virgo/Karga “false positives” so zuverlässig ausschließen, wie es ein Zehn-Arm-Interferometer-Detektor (bzw. ein ausdrücklicher Krümmungsdetektor nach Synge) kann (sobald er den Betrieb aufnimmt), der die o.g. “Dehnung/Stauchung des Raumes” (oder ggf. deren Ausbleiben) ausdrücklich misst ?

    (Zweifellos ist das eine Frage, die noch nicht allzu oft gestellt wurde, und auf die es noch nicht allzu routinierte Antworten gibt. Ich hoffe aber weiterhin darauf, dass sie als solche verstanden werden kann und zu einer direkten Auseinandersetzung damit Anlass gibt — anstatt sich um Routine-Q&As zu drehen.)

    p.s.
    > Meine Aussage zu den kontinuierlich laufenden Kalibratoren ist in „The Advanced LIGO Photon Calibrators“ auf Seite 2, rechts oben zu finden: […]

    Das war mir zunächst/gestern schwer vorstellbar und (deshalb) zweifelhaft. Die Bemerkung (auf Seite 10 rechts)

    The excitation frequencies were chosen to avoid known potential sources ofgravitational wave signals […] avoiding the most sensitive region of the detection band.

    als auch Figs. 2.4 und 3.6 aus S. Karkis Thesis
    haben mir nun zur Einsicht verholfen, dass die Unterscheidung zwischen “Kalibrier-Antwort” und “Antwort (auf astro-physikalische Vorgänge, auf die ggf. ein Triggersystem aufmerksam werden soll)” nicht etwa “in der Zeit-Domäne” (durch gelegentliches Einschalten des Kalibriersystems) erfolgt, sondern “in der Frequenz-Domäne” möglich ist und außerdem räumlich getrennte optische Elemente (Spiegelregionen) betrifft.

    Man liest dort auch (S. 94):

    Pcals are also used to inject simulated gravitational wave displacements, both continuous and transient, to test the efficiency, accuracy and robustness of the detection pipelines.

    Sicherlich erfolgen zumindest diese, hinsichtlich “der eigentlich interessanten Antworten” relevanten Injektionen von transienten Spiegelerschütterungen nicht ununterbrochen, und insbesondere kaum während “observation run” (“data taking”) Phasen.

    • Lieber Herr Wappler,

      neben Gravitationswellen sind verschiedene Umwelteinflüsse und detektorintrisische Effekte als Störsignale möglich. Diese werden über eine Vielzahl zusätzlicher Sensoren und Regelkreise überwacht und aufgezeichnet. Verbunden mit dem Verständnis davon wie der Detektor auf diese Störungen reagiert, wird für jeden Signalkandidaten sichergestellt, dass er nicht auf diese Störungen zurückgehen kann.

      Wie sicher oder nicht die Signale den noch verbleibenden Einflüssen (Gravitationswellen) zugeordnet werden können, ist Teil der Datenanalyse und wird aus der gemeinsamen Analyse der Detektorhintergründe berechnet. In den Entdeckungsveröffentlichungen werden diese Untersuchungen spezifisch für jede Analyse-„Pipeline“ dargestellt und aus ihnen die Signifikanz der Signale gefolgert.

      Die derzeitigen GW-Detektoren sind keine generellen Krümmungsdetektoren wie der von Synge vorgeschlagene. Wie viel sicherer ein solches Instrument false positive ausschließen kann, vermag ich nicht zu sagen. Es aber nicht so, dass LIGO/Virgo/KAGRA/GEO600 keine Aussagen über die Wahrscheinlichkeit treffen können, dass ein bestimmtes Signal ein false positive ist. Genau das erledigen die eben beschriebenen Analysen.

      Zu den Kalibratoren: die laufen ununterbrochen und regen die Spiegel dauerhaft zu Bewegungen an, immer und auch während des Beobachtungslauf. Denn genau dann müssen die Daten kalibrierbar sein. Ob das entstehende Signal am Detektorausgang hinterher in Zeit oder Frequenz ausgelesen und analysiert wird, ist irrelevant. Wo genau der Endspiegel angestrahlt wird, ist ein technisches Detail, das berücksichtigt wird und nicht zur Folge hat, dass der Effekt nicht mit dem einer Gravitationswelle vergleichbar ist.

      Die simulierten kontinuierlichen Signale für Tests der Pipelines müssen während eines Großteils der gesamten observing runs angeschaltet sein. Sonst lässt sich damit nicht die Pipeline überprüfen, die nach kontinuierlichen = dauerhaften Signalen sucht. In der Literatur zu Suchen nach kontinuierlichen Gravitationswellen in O2 finden Sie beispielsweise, dass diese Suchen genau diese „hardware injections“ finden.

      Bei temporären Signalen wie Verschmelzungssignalen reicht offensichtlich ein kurzes Einschalten des Injektionssystems.

      Viele Grüße
      Benjamin Knispel

      • Benjamin Knispel schrieb (29.04.2021, 09:29 Uhr):
        > neben Gravitationswellen sind verschiedene Umwelteinflüsse und detektorintrisische Effekte als Störsignale möglich.

        Ganz recht — sofern der Begriff “Umwelt” hinreichend weit aufgefasst wird.
        Ich hatte ja schon seit meinem ersten Kommentar zu verstehen geben wollen, dass mich eventuelle störende Einflüsse “aus der Umwelt” im weitesten Sinne interessieren; die also

        (a) insbesondere die Erde insgesamt und jeden ihrer Bestandteile kohärent beinflussen, sodass i.A. eine konsistente “astronomische Richtung, woher der (störende) Umwelteinfluss kam, der die Erde passierte, und dabei jedem Bestandteil jedes Detektors passierte” ermittelt werden kann; und

        (b) die mit den bekannten bzw. erwarteten bzw. modellierten astro-physikalischen Vorgängen zumindest so eng verbunden sind, dass die dadurch bewirkten Zwei-Arm-Interferometer-Detektor-Antworten (Störsignale) zumindest in erster Näherung diesen astro-physikalischen Vorgängen entsprechen (etwa hinsichtlich deren “charakteristischen Intensitätsverläufen”) und die demnach als von solchen beobachtbaren astro-physikalischen Vorgängen zumindest mittelbar mitverursacht aufgefasst würden.

        Zumindest Beschreibung (b) trifft übrigens auch auf hardware injections (of simulated gravitational wave displacements) (mit den entsprechenden Detektor-Antworten als Störsignalen) zu, die im Folgenden von besonderem Interesse sind …

        > Diese werden über eine Vielzahl zusätzlicher Sensoren und Regelkreise überwacht und aufgezeichnet.

        Zweifellos gibt es an den existierenden Zwei-Arm-Interferometer-Detektoren eine Vielzahl zusätzlicher Sensoren und Regelkreise …

        Müssten irgendwelche davon ausdrücklich abgeschaltet oder (wenigstens) ausdrücklich ignoriert werden, wenn hardware injections (of simulated gravitational wave displacements) ausdrücklich zum Zweck von tests of efficiency, accuracy and robustness of the detection pipelines durchgeführt werden ??

        Wurden irgendwelche davon ausdrücklich abgeschaltet oder (wenigstens) ausdrücklich ignoriert, als blind hardware injections während ansonsten unauffälliger observation runs erfolgten ??

        Falls nicht, dann ist die vorhandene Vielzahl zusätzlicher Sensoren und Regelkreise jedenfalls nicht dazu geeignet (und vermutlich auch gar nicht dafür gedacht), zumindest genau diese Art von “false positives” auszuschließen.

        Es bliebe zu untersuchen, in wie fern jene (verwandten) Arten von “false positives”, um die ich besonders besorgt bin, die hinsichtlich ihrer “Effekte” bzw. Detektor-Antworten den (blind) hardware injections ähneln aber außerdem der o.g. Beschreibung (a) genügen, durch Überwachungen und Aufzeichnungen von Sensoren und Regelkreisen ausgeschlossen wurden oder werden könnten. Deshalb weise ich nochmals darauf hin, dass die mit eventuellen derartigen Störsignalen verbundenen (kohärenten, quasi-periodischen) Beschleunigungen von Detektor-Bestandteilen meiner überschlägigen Rechnung nach in der Größenordnung von 10^{-10} m/s liegen; während das “physical environmental monitoring” der betreffenden Detektoren (Bestandteile oder “näheren Umgebungen”), z.B. durch Wilcoxon® 731-207 accelerometers, im relevanten Frequenzbereich offenbar erst bei mindestens 10^{-8} m/s anfängt ( https://arxiv.org/abs/2101.09935 Tab. 1 ).

        > Verbunden mit dem Verständnis davon wie der Detektor auf diese Störungen reagiert, wird für jeden Signalkandidaten sichergestellt, dass er nicht auf diese Störungen zurückgehen kann.

        Diese deutliche Feststellung trifft aber vermutlich nicht auf die “false positives” zu, die vermittels geeigneter blind hardware injections absichtlich verursacht wurden und zunächst (bis zur “Enthüllung”, “dem Unblinding”) als Signalkandidaten in Frage kamen. Es bleibt deshalb auch zu fragen, wie denkbare Signalkandidaten behandelt und bewertet würden, die den o.g. Beschreibungen (a) und (b) ganz allgemein genügen.

        > Wie sicher oder nicht die Signale den noch verbleibenden Einflüssen (Gravitationswellen) zugeordnet werden können, ist Teil der Datenanalyse und wird aus der gemeinsamen Analyse der Detektorhintergründe berechnet.

        Sofern alle verbleibenden denkbaren “Einflüsse” ausdrücklich der Passage von Gravitationswellen zugeschrieben werden, kommen diese hinsichtlich des (gesicherten oder vermeintlichen) “Nachweises von Gravitationswellen” ausschließlich als “true positives” oder ggf. als “false negatives” in Betracht, und interessieren mich nur am Rande.

        > In den Entdeckungsveröffentlichungen werden diese Untersuchungen spezifisch für jede Analyse-„Pipeline“ dargestellt und aus ihnen die Signifikanz der Signale gefolgert.

        Ausdrückliche Erwähnungen des Detektorhintergrundes entsprechend Beschreibungen (a) und (b), geschweige denn dessen Analyse anhand der gegebenen Instrumentierung und dem (weitest-möglichen) Verständnis davon, wie der Detektor auf derartige Störungen reagieren würde, sind mir bislang nicht aufgefallen. Habe ich etwas diesbezügliches übersehen ?

        p.s.
        > Die derzeitigen GW-Detektoren sind keine generellen Krümmungsdetektoren wie der von Synge vorgeschlagene.

        Eben. Genau das motiviert meine Fragestellung, und meine Erwartungen an entsprechende “Ausbaustufen von LISA”.

        > Wie viel sicherer ein solches Instrument false positive ausschließen kann, vermag ich nicht zu sagen.

        Das hängt natürlich nicht zuletzt von der hinreichend sorgfältigen und geeigneten Definition dessen ab, was “positive” sein soll, und welche Fälle davon wiederum als “false positive” gelten sollen. Ich habe mich bemüht, diese Kategorien so aufzufassen und oben so darzustellen, dass jeder “positive”-Befund eines (funktionierenden) Zehn-Arm-Interferometers ausschließlich “true positive” sein soll, d.h. insbesondere und ausdrücklich verbunden mit Feststellung von “Dehnung/Stauchung des Raumes” (bzw. von quasi-periodisch variierender “Krümmung”; für einen geeigneten Begriff von “Krümmung” als Messgröße, der konkret als Funktion der bekannten messbaren Krümmungsskalare auszudrücken wäre), während (funktionierende, aber zwangsläufig “einfachere”) Zwei-Arm-Interferometer demgegenüber auch “false positive”-Befunde zulassen.

        > Es aber nicht so, dass LIGO/Virgo/KAGRA/GEO600 keine Aussagen über die Wahrscheinlichkeit treffen können, dass ein bestimmtes Signal ein false positive ist. Genau das erledigen die eben beschriebenen Analysen.

        Ja, aber: womöglich für einen (etwas) anders definierten Begriff von “false positive”, der sich nämlich nicht ausdrücklich auf Befunde von generellen Krümmungsdetektoren bezieht.

  8. p.p.s. — Um den “ursprüglichen Einwand” (betreffend photon calibrators) nicht aus dem Blick zu verlieren:

    Benjamin Knispel schrieb (27.04.2021, 08:48 Uhr):
    > […] Diese dauerhaft laufende Kalibration (über schmalbandige Kalibrationslinien-Signale) wäre nicht möglich, wenn es Restbewegungen der Testmassen gäbe, deren Niveau über dem der Kalibrationssignale (und damit auch dem der erwarteten Gravitationswellen) läge.

    Dass die betreffende Kalibration kontinuierlich durchgeführt wird, ist mir nun einsichtig (s. Kommentar 29.04.2021, 01:46 Uhr). Der Rest der zitierten Bemerkung jedoch nicht … Deshalb meine folgenden Fragen (zugegebenermaßen hier zunächst ohne gründliche Recherche, sondern eher zur Dokumentation dessen, was zu recherchieren wäre):

    – Können die Kalibrierbedingungen tatsächlich pausenlos und ununterbrochen erfüllt sein (bzw. waren sie erfüllt) insbesondere und ausdrücklich während die bekannten Chirp-Signale aufgezeichnet würden (bzw. wurden) ?

    Und falls so:

    – Ist die Erfüllung der Kalibrierbedingungen während der Aufzeichnung eines Signals ähnlich den schon bekannten wirklich nur dann möglich, falls dabei auch “Dehnung/Stauchung des Raumes” stattfand, so wie bei Passage einer Gravitationswelle zu erwarten wäre, und sonst nicht ? —

    In anderen Worten: Kann das beschriebene Kalibriersystem (das von “der eigentlichen Detektor-Anwort” ja in der Frequenz-Domäne als auch räumlich getrennt ist, aber natürlich eng damit zusammenhängt) tatsächlich als ausdrücklicher “Krümmungsdetektor” fungieren; zumindest während der Aufzeichnung eines Signals, im geeignet engen Zusammenhang mit der detaillierten “eigentlichen Antwort” des (Zwei-Arm-)Interferometers, ?

  9. @Benjamin Knispel / 29.04.2021, 09:34 Uhr

    Haben Sie zunächst ganz herzlichen Dank dafür, dass Sie sich hier die Zeit für ausführliche Antworten nehmen. Es hat meines Erachtens durchaus schon etwas gebracht, allein der Hinweis auf Finn (2009) „The response of interferometric gravitational wave detectors” (Phys. Rev. D 79, 022002), ist sicherlich hilfreich. Mir war dieses Paper nicht bekannt, und überhaupt scheint es vielen nicht bekannt zu sein, die es interessieren sollte; es wird vergleichsweise selten zitiert.

    Saulson schreibt: “Do test masses move in response to a gravitational wave? Yes and no.

    The lesson to learn wäre demnach, dass es sich um zwei verschiedene Interpretationen von zeitlich variierendem Abstand in einem GW Feld handelt, zwischen denen sich mit interferometrischen Messungen nicht unterscheiden lässt. Typischerweise wird in der gängigen Literatur der Zusammenhang dazwischen jedoch so vermittelt, als sei dies eine schlichte Transformation zwischen TT Frame und Local Inertial Frame, in Verbindung mit der, gelinde gesagt, irritierenden Konsequenz, die geodätische Abweichung sei eben abhängig vom Frame. Finn (2009) bringt dazu einige Klärung, und da Sie ihn hier verlinkt haben, darf Finn gewiss als zitierfähig gelten.

    Nochmals besten Dank, ich überlasse Sie dann mal wieder Herrn Wappler…

    • Chrys schrieb (30.04.2021, 11:24 Uhr):
      > […] der Hinweis [ Benjamin Knispel, 28.04.2021, 20:53 Uhr ] auf Finn (2009) „The response of interferometric gravitational wave detectors” […]

      Leider ist ja der Titel dieses Artikels ein wenig irreführend, und hätte genauer
      „The response of interferometric gravitational wave detectors to passing gravitational waves”
      sein können und meines Erachtens durchaus auch müssen. …

      Aber obwohl ich nun mal “peaking backgrounds” (“false positives”) besonders interessant und (bis auf Weiteres) ziemlich überzeugend finde, will ich mir ja nicht aud Dauer nachsagen lassen, mich für die Definition “des Signals” (“true positives”) rein gar nicht zu interessieren:

      > Saulson schreibt:

      … in seinem Talk, den Benjamin Knispel ebenfalls verlinkte (28.04.2021, 20:53 Uhr); slide 22 …

      > “Do test masses move in response to a gravitational wave? Yes and no.”

      Daraufhin wollte ich jedenfalls noch einmal meine vorausgegangene, an eine Behauptung grenzede Nachfrage (27.04.2021, 23:09 Uhr, im p.s.) unter die Lupe nehmen:

      Die Beschleunigungen der Testmassen (bzw. Veränderungen der Beschleunigungen hängender Testmassen),

      … oder sollte/müsste man noch sorgfältiger von den Systemen aus Aktuator-gekoppelten Test- und Reaktionsmassen sprechen …

      die bei Passage von Gravitationswellen erwartet werden, sind doch: exakt Null, nicht wahr ?

      Siehe da: Finn (S. 5) beschäftigt sich mit

      “case of interest he background spacetime is Minkowski […] the beam splitter and the end mirror are free and [without the GW] at relative rest.”

      Und das versteht sich offenbar so eindeutig und Koordinaten-frei wie der Begriff bzw. die Messgröße “(jemandes) Beschleunigung (im Sinne der RT)” im Allgemeinen (deren Betrag, in Werten Lorentscher Distanz ausgedrückt, also der Grenzwert auf der rechten Seite der Formel aus meinem Kommentar https://scilogs.spektrum.de/relativ-einfach/latex-spielwiese/#comment-24648 ist; einschl. des “c”).

      p.s.
      Ansonsten scheinen Finn und Saulson ja gradezu vernarrt in Koordinaten zu sein … mit denen ich (leider ?) wenig anzufangen weiß. Saulson (slide 26) gibt allerdings einen (didaktischen) Hinweis:

      “[…] that the transverse traceless gauge corresponded to the coordinates marked by freely-falling masses.”

      Vermutlich denkt Saulson dabei an Massen (bzw. “materielle Punkte” o. Ä.), die sich (zumindest hinsichtlich der in Betracht stehenden Ereignismenge) nie trafen; die also kollektiv eine Congruence bildeten.

      Dazu zwei Fragen, die meinem Verständnis von Koordinaten(-Systemen, die Saulson und andere offenbar voraussetzen) helfen könnten:

      – (1) t-Koordinaten: Offensichtlich (anhand gemessener/gegebener Verhältnisse Lorentzscher Distanzen) lassen sich der Weltlinie jedes Mitgliedes einer Congruence t-Koordinaten so zuordnen, dass sie einzeln monoton und gut/affin und gegenüber einander mit gleicher, von Null verschiedener (t-Koordinaten-)Gangrate zugeordnet sind. Das legt die t-Werte aber nur bis auf jeweils eine Konstante für jede Weltlinie fest. Werden diese Konstante “in” transverse traceless gauge auch festgesetzt?; und falls ja: Wie?

      – (2) xyz-Koordinaten: Saulsons grundsätzliche Idee ist offenbar, dass jedem bestimmten (identifizierbaren) Mitglied der Congruence genau ein bestimmter fester/konstanter xyz-Tupel-Wert zugeordnet werden soll. Einem (meinetwegen besonders auffälligen) davon lässt sich wohl der Tupel-Wert (0, 0, 0) zuordnen. Aber welche Werte haben alle anderen? — Sollen für transverse traceless gauge untereinander etwa [[Radar coordinates]] aus den in (1) zugeordneten t-Koordinaten ermittelt werden? (Wäre das überhaupt konsistent, also durchwegs, möglich? …)

  10. @Frank Wappler / 01.05.2021, 02:52 Uhr

    Ich hatte gehofft (und erwartet), dass Du da nochmals nachhaken würdest. Denn auch nach meinem Verständnis besteht da noch gewisser Klärungsbedarf. Speziell halte ich dabei noch die mit der GW assoziierte “Dehnung/Stauchung des Raumes” für eine recht missverständliche Wendung.

    Dass die linearen GWs seit Beginn an stets mit Bezug auf irgendwelche Frames diskutiert werden, liegt nicht zuletzt daran, dass da gewisse Symmetrien auftreten und die Frames dann passend zu diesen Symmetrien gewählt werden. Weyls Typisierung als TT, LT oder LL Wellen lässt sich beispielsweise ohne Bezug auf einen Frame doch gar nicht vornehmen. Nimm’ also die Koordinaten hier am besten einfach als Ausdruck von Symmetrien, vielleicht hilft Dir das. Versuchen wir es mal:

    Nehmen wir das Standardbeispiel einer TT Welle g = η + h, deren Ausbreitung oBdA in z-Richtung verlaufen möge, und denken uns in der dazu orthogonalen (x,y)-Ebene freie Testmassen in der üblichen Weise ringförmig arrangiert. Gefragt ist, wie sich die GW auf die Testmasen auswirkt, resp. wie sich das in den verschiedenen, hierbei in Betracht zu ziehenden Frames darstellt.

    1) Im TT Frame bleiben die Testmassen im Feld der Welle unbewegt, darüber besteht generelles Einvernehen in der Literatur.

    2) Im Local Inertial Frame hat die GW unter Verwendung von Lichtkoordinsten u,v (statt t,z) nebst allfälliger Umbenennung der Koordinaten nach einer Transformation zwischen TT Frame und Local Inertial Frame die Form*

    g = 2 du dv − dx² − dy² + H(u,x,y)du² + O(h²),

    wobei H(u,x,y) ein homogenes quadratisches Polynom in den Variablen x,y mit nur von u abhängigen Koeffizienten ist. Terme der Ordnung O(h²) sind venachlässigbar mit dem Argument “ist ja nur eine Näherung für kleine h“. Dann ist aber auch in diesem Frame keine Bewegung von Testmassen in der (x,y)-Ebene erkennbar — in Übereinstimmung mit Finn (2009), jedoch entgegen der von ihm bemängelten Darstellung in der gängigen Literatur.

    3) Im Minkowski Frame bei der Interpretation, dass h als Lösung einer linearen Wellengl. □h = 0 eigentlich die Welle ist, die sich vor dem statischen Minkowski Hintergrund η bewegt und dabei den hinlänglich bekannten quadrupolaren Effekt auf Testmassen ausübt. Das ist dann aber eine Kraft, die hier in formaler Analogie zu einer auf Testladungen von einer EM Welle ausgeübten Kraft hereinkommt. Eine Dehnung/Stauchung des Hintergrundraumes geht damit naturgemäss nicht einher.

    Hinsichtlich Saulsons yes/no Alternative sehe ich unterm Strich für die drei betrachteten Fälle:
    1) no, 2) no, 3) yes.

    * Nach wie vor ist mir nur eine einzige Quelle in der GW-Literatur bekannt, wo diese Transformation einmal explizit vorgeführt und nicht hinter Heuristik versteckt wird, nämlich dieses Opus (siehe S. 54, Example 3.1). Es wäre toll, wenn irgendwer hier inzwischen eine möglichst barrierefreie alternative Quelle hierzu nennen könnte.

    • Chrys schrieb (01.05.2021, 17:25 Uhr):
      > […] Nimm’ also die Koordinaten hier am besten einfach als Ausdruck von Symmetrien […]

      Ließe ich mir eine wie-auch-immer-aus-den-Daumen-gelutschte Auswahl von (reellen) Zahlen einfach so vorsetzen, dann wäre ich aber ein schlechter Physiker! …

      Deshalb (ganz im Gegenteil, aber damit hoffentlich trotzdem, wenn nicht sogar um so mehr, zur erwünschten Klärung beitragend) möchte ich Deinen 3-4 gezeigten Entwürfen Lorentzscher Mannigfaltigkeiten die folgenden 3-4 (unterscheidbaren) Fälle von Bezugssystemen 𝑭 ≡ (ℬ, μ) entgegensetzen, jeweils bestehend aus einer (geeignet gegebenen) Menge ℬ von (identifizierbaren) Beteiligten und bestimmten, aus deren (i.A. gegenseitigen) Wahrnehmungen ermittelten Messwerten μ; jeweils unter ausdrücklicher Nennung der betreffenden Messgrößen, aber ohne besondere Auswahl bzw. Reihenfolge hinsichtlich Deiner obigen Liste:

      (A) Eine Menge Beteiligter, deren gegenseitige Ping-Koinzidenz-Bestimmungen durchwegs ein beliebig fein aufgelöstes (3+1)-dimensionales tetrahedral-oktahedrales (alias Sierpinski-tetraedrales) Gitter bilden. Von Beteiligten mit diesen Befunden würde man (deshalb) auch sagen, dass sie alle einzeln “frei”, sowie gegenüber einander “starr” (d.h. jeweils mit konstanter Pingdauer eines diese Beteiligten bzgl. eines bestimmten anderen) und “flach” (d.h. mit verschwindenden Cayley-Menger-Determinanten der Pingdauern zwischen je fünf dieser Beteiligten) gewesen wären;

      (B) Eine Menge Beteiligter, die (zumindest unterhalb einer bestimmten Auflösung) kein tetrahedral-oktahedrales Ping-Koinzidenz-Gitter durchwegs untereinander fanden; die aber (trotzdem, in der im Sinne des Äquivalenzprinzips auf (A) beruhenden, bekannten, d.h. insbesondere in meinem obigen Kommentar verlinkten Weise) alle einzeln durchwegs “frei” waren; aber weder gegenüber einander “flach”, noch “starr” waren; deren gegenseitige Pingdauern aber alle periodisch variierten, und sogar alle mit gleicher Periodendauer;

      (C) Eine Menge Beteiligter, die (zumindest unterhalb einer bestimmten Auflösung) kein tetrahedral-oktahedrales Ping-Koinzidenz-Gitter durchwegs untereinander fanden; die aber (trotzdem, in der im Sinne des Äquivalenzprinzips auf (A) beruhenden, bekannten Weise) zumindest in Teilmengen (“Querschnittsflächen”) gegenüber einander durchwegs “starr” und “flach” waren (mit verschwindenden Cayley-Menger-Determinanten der Pingdauern zwischen je vier dieser Beteiligten), aber nicht einzeln “frei” (sondern stattdessen “beschleunigt; entsprechend gehalten oder geführt”), und zwar periodisch “beschleunigt” (mit konzentrisch verteilten, mit zunehmendem Radius abnehmenden Periodendauern).

      > Hinsichtlich Saulsons yes/no Alternative […]

      Dem ließe sich (bei geeignet großzügier Interpretation von Saulsons Wortwahl [*]) Folgendes entgegensetzen:

      In einer gegebenen Ereignismenge (“Region”), in der sich ein bestimmtes Bezugssystem entsprechend (A) finden ließ, sollen sich (bekanntlich) auch noch weitere, andere (d.h. hinsichtlich ihrer Mitglieder disjungierte) Bezugssystem entsprechend (A) finden lassen; aber gar keine entsprechend (B) oder (C).

      Und hinsichtlich einer (zwangsläufig anderen) Region, in der sich ein bestimmtes Bezugssystem entsprechend (B) finden ließ, soll sich auch (mindestens) ein bestimmtes Bezugssystem entsprechend (C) finden lassen.

      Es ließen sich zusammen mit Bezugssystemen entsprechend (B) oder (C) sicherlich auch noch weitere finden, deren Mitglieder jeweils sowohl einzeln periodisch beschleunigt als auch gegenüber einander alle periodisch variierende Pingdauern aufwiesen. Die Charakterisierung solcher zusätzlicher Bezugssysteme “zwischen” den durch (B) oder (C) beschriebenen Extremen wäre dann Ausdruck deren jeweiliger “Materialeigenschaften”.

      [*: Saulsons Wortwahl erinnert übrigens — und mich jedenfall mit Unbehagen — an die von Einstein, 1905, bei der Darstellung von Beziehungen zwischen unterscheidbaren Bezugssystemen entsprechend (A) verwendete. ]

  11. @Frank Wappler / 03.05.2021, 05:41 Uhr

    »Ließe ich mir eine wie-auch-immer-aus-den-Daumen-gelutschte Auswahl von (reellen) Zahlen einfach so vorsetzen, dann wäre ich aber ein schlechter Physiker!«

    Wäre demnach denn Einstein ein schlechter Physiker, weil er Frames zur Beschreibung linearer GWs herangezogen hat? Die Symmetrien sind dabei doch mit der Fragestellung gegeben, die werden nicht willkürlich hingestreuselt, und sie zu berücksichtigen ist i.a. hilfreich bei der Suche nach Antworten.

    Wenn nach TT Waves gesucht wird, muss man sich vorab schon ein paar Gedanken machen, ob ein Muster, das man mit einem wie auch immer gearteten Detektor registriert hat, überhaupt der Erwartung an eine durchgehuschte TT Wave entspricht. So etwas scheint mir irgendwie noch bei Deinen Betrachtungen zu fehlen.

    Liesse sich Saulsons yes/no Alternative nach Deiner Einschätzung auch für exakte plane waves konstatieren, und nicht nur für lineare ebene Wellen?

  12. @Markus Pössel / 08.05.2021, 17:01 Uhr

    (Ich hänge das jetzt mal unten an, weil es mir da oben zu unlesbar wird.)

    Mit »einfach verschwunden« ist die Sachlage noch nicht so ganz umfassend beschrieben, und man sollte hier schon sorgsam unterscheiden zwischen praktischen und prinzipiellen Problemen mit der Observabilität.

    Für einen stationären Schwarzschild Beobachter (Bob), der eine Sonde (Alice) radial in Richtung Horizont fallen lässt, verschwindet Alice ja nicht einfach. Bob “sieht” die Bewegung von Alice als asymptotische Annäherung an den Horizont für τ → +∞ nach seiner Uhr, wobei Alice nie aus seiner kausalen Vergangenheit hinauskommt, d.h., es lassen sich geometrisch stets kausale Kurven von Alice zu Bob finden.

    Stellen wir uns noch vor, dass Bob eine unendliche Folge von lichtartigen Ticksignalen mit konstanter Frequenz, sagen wir, 1 Hz bezogen auf seine Uhr, in Richtung der frei fallenden Alice sendet. Dann wird Alice die komplette Signalfolge vor Erreichen des Horizontes empfangen, nur nicht mit konstanter Frequenz, sondern zunehmend blauverschoben. Da Alice längs einer Weltlinie endlicher Länge zum Horizont unterwegs ist, empfängt sie also in einer (nach ihrer Uhr) endlichen Zeitspanne eine Signalfolge, die Bob in einer (nach seiner Uhr) unendlichen Zeitspanne sendet. Mit anderen Worten, trotz ihrer Weltlinie endlicher Länge bis zum Horizont kann Alice diesen nicht erreichen, bevor Bob’s Eigenzeit abgelaufen ist und seine Uhr den Wert τ = +∞ anzeigt — was jedoch nie passieren wird.

    Denkt man dieses geometrische Szenario etwas physikalischer, dann Bob müsste tatsächlich Licht zur Transmission seiner lichtartigen Ticksignale verwenden, dessen Frequenz dann auch unbegrenzt zunehmend blauverschoben von Alice empfangen würde. Egal wie robust Alice auch konstituiert sein mag, das geht für sie bestimmt nicht gut aus. Sie hat keine realistische Chance, bis zum Horizont vorzustossen und dann womöglich “in ein Loch” zu fallen.

    N.B. Hawking hat seine Strahlung gewiss schon mit Hinblick auf physikal. Black Holes ins Spiel gebracht. Beispielsweise hat auch Martin Harwit (Astrophysical Concepts, Springer, 4th ed. 2006) ein Kapitel 5:24 Radiating Black Holes, wo das dann aufgegriffen wird. Als ganz so irrelevant für astrophysikal. Black Holes würde ich das nicht abtun wollen.

    • Mir geht es um das, was ein äußerer Beobachter (denn das sind wir in der Astrophysik nun einmal) wahrnimmt. Auch die Rotverschiebung ist in der von Ihnen beschriebenen Situation ein prinzipieller Effekt. Alice wird aus Sicht von Bob sehr rasch beliebig leuchtschwach, vulgo: sie ist nach endlich langer Zeit “verschwunden”. Das wiederum kann Bob sehr deutlich von dem Szenario unterscheiden, in dem Alice auf einem Neutronenstern zerschellt. Rasches Verschwinden (durch beliebig große Rotverschiebung) und kein Rückprall ist so etwas wie die astrophysikalische Signatur eines Horizonts.

      Zu Alice: Ja, das Szenario “Beobachter fällt in Schwarzes Loch” wird dadurch unrealistischer.

      Hawking-Strahlung: Astrophysikalische Löcher sind bei mir erstmal stellare und supermassereiche Schwarze Löcher. Für die ist Hawking-Strahlung so oder so nicht relevant. Steht bei Harwit ja auch nicht anders: negligible. Ob es primordiale Schwarze Löcher gibt: derzeit noch unklar. Ob des Hawking-Zerstrahlung gibt: Ebenso. Hawkings Rechnungen sind ja per Definition semi-klassisch. Und den Bereich verlässt man ja bei der Endphase der Zerstrahlung.

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