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The hunters – the detection of gravitational waves

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Astrophysikalische und kosmologische Relativitätstheorie

Im September und Dezember 2015 wurden Gravitationswellen, abgestrahlt von zwei Kollisionen schwarzer Löcher, durch LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) nachgewiesen. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Abteilung haben hochgenaue Modelle der Gravitationswellen entwickelt, die schwarze Löcher beim Umrunden und letztendlichen Kollidieren miteinander aussenden. Diese Wellenformmodelle werden in der fortlaufenden Suche nach verschmelzenden Binärsystemen in den LIGO-Daten implementiert und angewandt. Der Nachweis ist nicht nur eine wissenschaftliche Entdeckung ersten Ranges, sondern hat auch starken Einfluss auf Astrophysik und Kosmologie, bereichert unser Verständnis von Gravitationsphänomenen und öffnet ein revolutionäres neues Fenster in unser Universum.

In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Raumzeit eine dynamische und elastische Größe, die sowohl die Verteilung der Masse und Energie beeinflusst, die sie enthält, und wiederum von diesen beeinflusst wird. Eine beschleunigte Bewegung von Masse und Energie kann „Rippel“ oder Gravitationswellen erzeugen, die sich in der Raumzeit mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Diese kleinen Wellen enthalten einzigartige Informationen über die Quelle, die sie erzeugt haben.

Binärsysteme aus Schwarzen Löchern und/oder Neutronensternen, die einander umkreisen und durch die Abstrahlung von Gravitationswellen Energie verlieren, sind die vielversprechendsten und spannendsten Quellen für Gravitationswellen-Detektoren. Um jedoch die Wahrscheinlichkeit der Identifikation von Gravitationswellen in den Detektordaten wesentlich zu erhöhen, erfordert eine Suche nach diesen Quellen mit detaillierter Kenntnis der erwarteten Signale.

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Die Forschung der Abteilung „Astrophysikalische und kosmologische Relativitätstheorie“ zielt darauf ab, unsere Fähigkeit zu verbessern, einzigartige astrophysikalische und kosmologische Informationen aus den beobachteten Wellenformen zu erhalten und die fundamentalen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu überprüfen.

Die Wissenschaftler dieser Abteilung befassen sich mit mehreren Aspekten der Gravitationswellen, die von Binärsystemen ausgestrahlt werden, nämlich mit der

(i) theoretischen Dynamik der Gravitation und Strahlung (Post-Newtonsche Theorie, Rückwirkung der Gravitation auf sich selbst, Störungstheorie und effektive Ein-Teilchen-Näherung),
(ii) numerischen Simulation der Gravitationswellen-Quellen,
(iii) Modellierung der Quellen und Analyse der Daten der Gravitationswellen-Detektoren
(iv) Astrophysik von Schwarzen Löchern und Neutronensternen.


Viele Wissenschaftler der Abteilung sind Mitglieder der LIGO Scientific Collaboration (LSC).Die Abteilung unterstützt auch theoretische Studien zu Gravitationswellen-Quellen und die Entwicklung von Techniken zur Analyse der Ankunftzeiten von Pulsaren in der European Pulsar Timing Array collaboration und LISA, einem geplanten Gravitationswellen-Detektor im All. Einige Mitglieder der Abteilung arbeiten im AEI Hannover und sind auf die Suche nach kontinuierlichen Gravitationswellen-Signalen spezialisiert.

 
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