GW170817: Verschmelzung zweier Neutronensterne

Diese Entdeckung ist das erste kosmische Ereignis, das sowohl anhand von Gravitationswellen als auch von Licht beobachtet wurde.

Zum ersten Mal haben Astronom*innen die Gravitationswellen – Kräuselungen der Raumzeit – und das Licht von zwei verschmelzenden Neutronensterne beobachtet. Mit dem Ereignis vom 17. August 2017 um 14:41:04 MESZ beginnt die Multi-Messenger-Astronomie, die Beobachtungen mit Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung kombiniert. Zusammen werden die sich ergänzenden Methoden unser Verständnis von extremen astrophysikalischen Ereignissen erheblich verbessern. Sie bieten eine nie zuvor dagewesene Gelegenheit, den Prozess des Verschmelzens von zwei Neutronensternen einschließlich des Ausgangs zu untersuchen. Forscher*innen vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI) in Potsdam und Hannover und von der Leibniz Universität Hannover spielten eine zentrale Rolle bei der Entdeckung.

Die Videos zeigen numerische Simulationen zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Ein solches Ereignis wurde am 17. August 2017 erstmalig durch das LIGO-Virgo-Detektornetzwerk beobachtet und führte zum gemessenen Gravitationswellensignal GW170817 und zum Gammastrahlenausbruch GRB170817A. Die Parameter der Simulation (Gesamtmasse, Massenverhältnis, Zustandsgleichung, Drehimpuls) sind so gewählt, dass sie ein mögliches Szenario für GW170817 zeigen. Die dargestellten Neutronensterne sind 1,528 und 1,222 schwerer als die Sonne und ihre innere Zusammensetzung wird durch die Zustandsgleichung ALF2 beschrieben. Obwohl nur das Gravitationswellensignal vor der Kollision der Neutronensterne gemessen wurde, deuten Messungen im optischen Bereich – die Beobachtung einer Kilonova – und eines Gammastrahlenausbruchs darauf hin, dass die Dynamik nach der Verschmelzung kompliziert war und die Bildung eines hypermassiven oder supramassiven Neutronensterns mit anschließendem Kollaps zu einem schwarzen Loch beinhaltete.

Die Animationen zeigen das Gravitationswellensignal, wobei ein schwächeres Signal gelb, ein stärkeres Signal rot gekennzeichnet wurde. Die Dichte der Neutronensterne wird hellblau bis dunkelblau in einem Bereich von 200.000 bis 600 Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter dargestellt. Zusätzlich zeigen wir (in violett) die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. Diese ungebundene Materie ist die Quelle für die Kilonova, die nach der Kollision von Teleskopen beobachtet wurde. Da die Dichte des ungebundenen Materials geringer ist als im Inneren eines Neutronensterns, zeigen wir Material bis zu einer minimalen Dichte von 600 Tonnen pro Kubikzentimeter. Nach dem Kollaps zu einem schwarzen Loch zeigen wir den Horizont des schwarzen Lochs (grau hervorgehoben).

In dem ersten Video zeigen wir zusätzlich auch die Wellenform und markieren den zeitlichen Verlauf farbig. Da nur das Signal vor der Kollision gemessen wurde, ist die Wellenform nach der Bildung des hypermassiven Neutronensterns gestrichelt dargestellt. Unsere Simulation stellt eins von vielen möglichen Szenarien dar.

Bildrechte:
Numerisch-relativistische Simulation: T. Dietrich (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik) und BAM-Kollaboration
Wissenschaftliche Visualisierung: T. Dietrich, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik)

GW170817: Numerisch-relativistische Simulation der Verschmelzung zweier Neutronensterne.

Simulation des ersten kosmischen Ereignisses, das sowohl anhand von Gravitationswellen als auch von Licht beobachtet wurde.


In diesem kurzen Clip zeigen wir die Gravitationswelle, wie sie bei GW170817 ausgesendet wurde. Dabei symbolisiert blau eine geringe, rot eine große Amplitude. Die Neutronensterne sind rot dargestellt und im Zentrum der Animation zu sehen.

GW170817: Numerisch-relativistische Simulation der Verschmelzung zweier Neutronensterne.

Simulation des ersten kosmischen Ereignisses, das sowohl anhand von Gravitationswellen als auch von Licht beobachtet wurde.
 
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