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Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie

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Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie

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Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie

Kontinuierliche Gravitationswellen

Die Suche nach kontinuierlichen Gravitationswellen von kompakten Objekten

Neutronensterne, die Ziele dieses Forschungsvorhabens, sind extreme Objekte, die in Supernova-Explosionen entstehen. Sie haben typischerweise 40 % mehr Masse als unsere Sonne, haben dabei aber einen Durchmesser von nur 20 Kilometern. Schwarze Löcher sind die einzigen bekannten Objekte, die noch kompakter sind. Bislang ist der größte Teil der Neutronensterne durch Pulsationen entdeckt worden, die entstehen, wenn ihre gebündelte elektromagnetische Strahlung periodisch die Erde überstreicht; aus diesem Grund werden sie oft Pulsare genannt. Während man annimmt, dass es rund 100 Millionen Neutronensterne in der Milchstraße gibt, sind bisher weniger als 3000 gefunden worden. Gravitationswellen könnten womöglich der einzige Weg sein, die unsichtbare Population dieser extremen Objekte aufzuspüren.

Das Hauptziel unserer Forschung ist es nun den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen rotierender Neutronensterne zu erzielen und so diese Sterne durch einen vollkommen anderen physikalischen Mechanismus zu beobachten. Dieser würde wichtige neue Informationen über ihren inneren Aufbau und ihre Zusammensetzung liefern.

Im Jahr 2016 gab die LIGO Scientific Collaboration die ersten direkten Beobachtungen von kurzen Gravitationswellen-Ausbrüchen bekannt, die während des Umrundens und Verschmelzens von Schwarzen Löchern mit einigen zehn Sonnenmassen abgestrahlt wurden. Wir untersuchen eine andere Art von Gravitationswellensignalen: die lang andauernde kontinuierliche Wellenform, die schnell rotierende Neutronensterne aussenden sollten. Weil die Himmelsposition des Sterns, seine Rotationsfrequenz und Verformung unbekannt sind, muss ein großer Parameterraum durchsucht werden. Daher ist die Empfindlichkeit der Suchen durch die verfügbare Rechenleistung begrenzt. Das freiwillige verteilte Rechenprojekt Einstein@Home trägt den Hauptteil unserer Rechenleistung bei und dort setzen wir unsere hochmodernen Suchmethoden ein.

Der direkte Nachweis von Gravitationswellen hat ein neues Fenster zum Universum geöffnet und stellt ein neuartiges Werkzeug für astrophysikalische Beobachtungen bereit. Der Nachweis von kontinuierlichen Gravitationswellen wird Einblicke in die unsichtbare Population der Neutronensterne, die unsere Galaxie bevölkert, gewähren. Er wird außerdem unser Verständnis der Sternentwicklung und der Sternpopulation verbessern und Aufschluss über den inneren Aufbau und die Entwicklungsgeschichte dieser außergewöhnlichen Objekte geben.

Kürzlich eingereichte Veröffentlichungen

1.
J. Ming, M. A. Papa, B. Krishnan, R. Prix, C. Beer, S. J. Zhu, H.-B. Eggenstein, O. Bock, B. Machenschalk
Optimally setting up directed searches for continuous gravitational waves in Advanced LIGO O1 data
2.
The LIGO Scientific Collaboration and the Virgo Collaboration
First low-frequency Einstein@Home all-sky search for continuous gravitational waves in Advanced LIGO data
3.
S. J. Zhu, M. A. Papa, S. Walsh
A new veto for continuous gravitational wave searches

Kürzlich erschienene Veröffentlichungen

4.
A. Singh, M. A. Papa, H.-B. Eggenstein, S. Walsh
An adaptive clustering procedure for continuous gravitational wave searches
5.
G. Ashton, R. Prix, D. I. Jones
Statistical characterization of pulsar glitches and their potential impact on searches for continuous gravitational waves
6.
LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration
All-sky search for periodic gravitational waves in the O1 LIGO data
7.
D. I. Jones, G. Ashton, and R. Prix
Implications of the Occurrence of Glitches in Pulsar Free Precession Candidates
8.
Grant David Meadors, Evan Goetz, Keith Riles, Teviet Creighton, Florent Robinet
Searches for continuous gravitational waves from Scorpius X-1 and XTE J1751-305 in LIGO's sixth science run
9.
Avneet Singh
Gravitational wave transient signal emission via Ekman pumping in neutron stars during post-glitch relaxation phase
10.
G. Ashton, D. I. Jones, and R. Prix
On the free-precession candidate PSR B1828-11: Evidence for increasing deformation
11.
M.A. Papa et al.
Hierarchical follow-up of sub-threshold candidates of an all-sky Einstein@home search for continuous gravitational waves on LIGO S6 data
12.
Karl Wette

Empirically extending the range of validity of parameter-space metrics for all-sky searches for gravitational-wave pulsars

13.
Sinead Walsh et al.
A comparison of methods for the detection of gravitational waves from unknown neutron stars
14.
LIGO Scientific Collaboration
Results of the deepest all-sky survey for continuous gravitational waves on LIGO S6 data running on the Einstein at Home volunteer distributed computing project
15.
Sylvia J. Zhu et al.
Results of the deepest Einstein@Home search for continuous gravitational waves from CasA from the S6 LIGO Science Run
16.
Avneet Singh et al.
Results of an all-sky high-frequency Einstein@Home search for continuous gravitational waves in LIGO 5th Science Run
17.
Grant David Meadors, Evan Goetz, and Keith Riles
Tuning into Scorpius X-1: adapting a continuous gravitational-wave search for a known binary system
18.
David Keitel
Robust semicoherent searches for continuous gravitational waves with noise and signal models including hours to days long transients
19.
Jing Ming, Badri Krishnan, Maria Alessandra Papa, Carsten Aulbert, and Henning Fehrmann
Optimal directed searches for continuous gravitational waves
20.
Miroslav Shaltev
Optimizing StackSlide setup and data selection for continuous-gravitational-wave searches in realistic detector data
21.
G. Ashton, D. I. Jones, and R. Prix
Comparing models of the periodic variations in spin-down and beamwidth for PSR B1828-11
 
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