Benjamin Leather erhält Dissertationspreis der Gravitationsphysik-Gruppe am IOP
Exakte Wellenformen für geplanten Gravitationswellen-Detektor im All
Der Gravitational Physics Group Thesis Prize des britischen Institute of Physics (IOP) für das Jahr 2022 geht an Benjamin Leather, Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut). Er erhält die mit 500 £ dotierte Auszeichnung für seine herausragende Doktorarbeit, die er am University College Dublin angefertigt hat. Deren Thema war die Berechnung von Gravitationswellenformen für den geplanten weltraumgestützten Detektor LISA (Laser Interferometer Space Antenna).
Bewegt sich ein relativ kleines kompaktes Objekt auf einer schrumpfenden Umlaufbahn um ein extrem massereiches Schwarzes Loch (mit einer Masse von etwa zehntausend bis zehn Millionen Sonnenmassen) bis es schließlich mit diesem verschmilzt, verliert das System durch die Abstrahlung von Gravitationswellen Energie. Je nach Masse des kleineren Objekts werden diese astrophysikalischen Systeme als Extreme-mass-ratio inspirals (EMRIs: Massenverhältnis von etwa 10.000 oder mehr) oder Intermediate-mass-ratio inspirals (IMRIs: Massenverhältnis von etwa 1.000) bezeichnet. Solche Doppelsysteme gelten als wichtige potenzielle Quellen für den künftigen weltraumgestützten Gravitationswellendetektor LISA, der Ereignisse mit Frequenzen im Millihertz-Bereich messen wird. Solche Systeme sind langlebig – sie umrunden einander schätzungsweise etwa 50.000 Mal – und vermutlich sehr komplex, wobei sich das kleinere Objekt auf exzentrischen und präzedierenden Bahnen bewegt. Die genaue Bestimmung der astrophysikalischen Eigenschaften der Quelle – z. B. von Masse und Eigendrehimpuls des zentralen Schwarzen Lochs – erfordert hochpräzise Wellenformschablonen, die das langandauernde „Hineinspiralisieren“ des kleinen Objekts in das extrem massereiche Schwarze Loch beschreiben.
Wellenformen für einen zukünftigen Gravitationswellendetektor
„Ich freue mich sehr über diese Auszeichnung, mit der meine Forschung zur Berechnung von Wellenformen für potenzielle LISA-Quellen gewürdigt wird“, sagt Benjamin Leather. „In meiner Dissertation habe ich neuartige Berechnungsmethoden entwickelt, die die bisherigen Modelle um eine Beschreibung realistischerer Systeme erweitern. Auf Systeme, in denen sich die kleineren Begleiter auf exzentrischen Umlaufbahnen befinden und auf Systeme, in denen das größere Schwarze Loch rotiert. Die neuen Techniken versprechen, sich für die Modellierung sowohl von EMRIs als auch von IMRIs zu eignen.“
Benjamin Leather erwarb 2018 seinen Master in Physik an der University of Manchester. Im Jahr 2022 promovierte er über das Thema „Numerical approaches to first- and second-order self-force calculations“ am University College Dublin. Seit November 2022 forscht er als Postdoktorand in der Abteilung Astrophysikalische und Kosmologische Relativitätstheorie von Prof. Alessandra Buonanno am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Potsdam.
Der IOP Gravitational Physics Group Thesis Prize (dotiert mit 500 £) wird jährlich für herausragende Leistungen in der physikalischen Forschung und Kommunikation verliehen. Der Preisträger wird eingeladen, eine auf seiner Dissertation basierende Publikation bei der Zeitschrift Classical and Quantum Gravity einzureichen. Wird die Veröffentlichung angenommen, wird sie als ausgewählter Artikel in der Zeitschrift vorgestellt.
