Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)
GW230529: Numerische Simulation der Verschmelzung eines kompakten Doppelsystems
Bereits kurz nach dem Beginn des vierten Beobachtungslaufs haben die LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaborationen ein überraschendes Gravitationswellen-Signal beobachtet.
Der LIGO-Livingston-Detektor empfing das GW230529 genannte Signal am 29. Mai 2023. Es stammt von der Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem unbekannten kompakten Objekt, höchstwahrscheinlich einem ungewöhnlich leichten Schwarzen Loch. Die Masse dieses Objekts fällt mit nur wenigen Sonnenmassen in die sogenannte „untere Massenlücke“ zwischen den schwersten Neutronensternen und den leichtesten Schwarzen Löchern.
Simulation der Verschmelzung des kompakten Doppelsystems GW230529
Die Filme und Bilder zeigen die Ergebnisse der numerischen Simulation der Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern, die mit dem Gravitationswellenereignis GW230529_181500 übereinstimmt. Das schwerere Objekt ist ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 3,52 Sonnenmassen und einem dimensionslosen Spin von -0,16, d. h. der Spin des Schwarzen Lochs ist entgegengesetzt zum Bahndrehimpuls ausgerichtet. Das leichtere Objekt ist ein Neutronenstern mit einer Masse von 1,47 Sonnenmassen. Für die Beschreibung der inneren Struktur des Sterns verwenden wir die SLy-Zustandsgleichung.
Hinweis: Die Veröffentlichung von Filmen und Bildern bedarf der schriftlichen Einwilligung und erfolgt nur unter Nennung der Rechteinhaber. Bitte kontaktieren Sie das AEI-Pressebüro zwecks Einholung der Genehmigung.
Danksagung
Die numerisch-relativistische Simulation wurde auf dem Hawk HPC-System am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) durchgeführt. Wir danken für die Unterstützung durch das Projekt GWanalysis (Projekt 44189) für Hawk. I. Markin dankt der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Unterstützung durch das Projekt Nr. 504148597. Diese Unterstützung ermöglichte unsere Simulationen von Systemen aus Schwarzen Löchern und Neutronensternen.
Die Visualisierung zeigt wie sich ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern sich immer enger umrunden und schließlich verschmelzen. Die Farben reichen von dunkelorange (Dichte = 1 Million Tonnen pro Kubikzentimeter) bis weiß (Dichte = 600 Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter). Die Animation zeigt auch die Gravitationswellen, die durch eine Reihe von Farben von dunkelblau bis cyan die Stärke der positiven Polarisation der Gravitationswellen dargestellt werden. Die Gravitationswellenform wird am unteren Rand des Videos zusammen mit einem Marker angezeigt, der die Zeit relativ zur Verschmelzung angibt.
Die Visualisierung zeigt wie sich ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern sich immer enger umrunden und schließlich verschmelzen. Die Farben reichen von dunkelorange (Dichte = 1 Million Tonnen pro Kubikzentimeter) bis weiß (Dichte = 600 Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter). Die Gravitationswellenform wird am unteren Rand des Videos zusammen mit einem Marker angezeigt, der die Zeit relativ zur Verschmelzung angibt.
Bilder
Abb. 1: Ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern (orange Kugel) umkreisen einander auf immer enger werdenden Bahnen. Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 1: Ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern (orange Kugel) umkreisen einander auf immer enger werdenden Bahnen. Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 2: Ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern (orange Kugel) umkreisen einander auf immer enger werdenden Bahnen. Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 2: Ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern (orange Kugel) umkreisen einander auf immer enger werdenden Bahnen. Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 3: Ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern (orange Kugel) umkreisen einander auf immer enger werdenden Bahnen. Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 3: Ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern (orange Kugel) umkreisen einander auf immer enger werdenden Bahnen. Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 4: Ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern (orange Kugel) umkreisen einander auf immer enger werdenden Bahnen. Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 4: Ein Schwarzes Loch im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) und ein Neutronenstern (orange Kugel) umkreisen einander auf immer enger werdenden Bahnen. Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 5: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern (orange). Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 5: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern (orange). Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 6: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern (orange). Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 6: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern (orange). Die dabei abgestrahlten Gravitationswellen sind mit Farben von dunkelblau bis cyan dargestellt.
Abb. 7: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern (orange). Der Neutronenstern ist stark verformt und hat mit der Übertragung von Materie auf das Schwarze Loch begonnen.
Abb. 7: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern (orange). Der Neutronenstern ist stark verformt und hat mit der Übertragung von Materie auf das Schwarze Loch begonnen.
Abb. 8: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern. Bei der Verschmelzung wird der Neutronenstern durch die Gezeitenkräfte stark verformt. Die Dichte der Neutronensternmaterie ist von blau (entspricht 60 Gramm pro Kubikzentimeter) bis weiß (entspricht 600 Kilogramm pro Kubikzentimeter) dargestellt.
Abb. 8: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern. Bei der Verschmelzung wird der Neutronenstern durch die Gezeitenkräfte stark verformt. Die Dichte der Neutronensternmaterie ist von blau (entspricht 60 Gramm pro Kubikzentimeter) bis weiß (entspricht 600 Kilogramm pro Kubikzentimeter) dargestellt.
Abb. 9: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern. Bei der Verschmelzung wird der Neutronenstern durch die Gezeitenkräfte stark verformt. Die Dichte der Neutronensternmaterie ist von blau (entspricht 60 Gramm pro Kubikzentimeter) bis weiß (entspricht 600 Kilogramm pro Kubikzentimeter) dargestellt.
Abb. 9: Verschmelzung eines Schwarzen Lochs im Bereich der unteren Massenlücke (dunkelgraue Oberfläche) mit einem Neutronenstern. Bei der Verschmelzung wird der Neutronenstern durch die Gezeitenkräfte stark verformt. Die Dichte der Neutronensternmaterie ist von blau (entspricht 60 Gramm pro Kubikzentimeter) bis weiß (entspricht 600 Kilogramm pro Kubikzentimeter) dargestellt.
Hinweis: In den Abbildungen 8 und 9 wurde die Farbzuordnung der Dichte bewusst um mehrere Größenordnungen herabgesetzt, um die Regionen mit geringerer Dichte sichtbar zu machen. Daher entsprechen die Dichtestufen nicht denen in anderen Standbildern.
