GW170817: Bilder einer Neutronenstern-Verschmelzung

Die Bilder 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.

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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)

Abb. 1: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 1: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. [weniger]
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Abb. 1: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. [weniger]
Abb. 3: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 3: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. [weniger]
Abb. 4: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 4: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. [weniger]
Abb. 5: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 5: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. [weniger]
Abb. 6: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt ist das bei der Verschmelzung der beiden Neutronensterne entstandene schwarze Loch und die es umgebende Aggregationsscheibe. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 6: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt ist das bei der Verschmelzung der beiden Neutronensterne entstandene schwarze Loch und die es umgebende Aggregationsscheibe. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. [weniger]
Abb. 7: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 7: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. [weniger]
Abb. 8: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind gelb dargestellt, geringere Dichten sind weiß dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 8: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind gelb dargestellt, geringere Dichten sind weiß dargestellt. [weniger]
Abb. 9: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 9: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind rot dargestellt, geringere Dichten sind gelb dargestellt. [weniger]
Abb. 10: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind blau dargestellt, geringere Dichten sind rot dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 10: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind blau dargestellt, geringere Dichten sind rot dargestellt. [weniger]
Abb. 11: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind orange dargestellt, geringere Dichten sind blue dargestellt. Bild vergrößern
Abb. 11: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Höhere Dichten sind orange dargestellt, geringere Dichten sind blue dargestellt. [weniger]

Die folgenden Bilder zeigen die beiden Neutronensterne und die während der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen.

Abb. 12: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. Bild vergrößern
Abb. 12: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen.

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Abb. 13: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. Bild vergrößern
Abb. 13: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. [weniger]
Abb. 14: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. Bild vergrößern
Abb. 14: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. [weniger]
Abb. 15: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. Bild vergrößern
Abb. 15: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. [weniger]
Abb. 16: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. Bild vergrößern
Abb. 16: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. [weniger]

Die folgenden Bilder (Standbilder aus dem Film) zeigen das Gravitationswellensignal, wobei ein schwächeres Signal gelb, ein stärkeres Signal rot gekennzeichnet wurde.

Abb. 17: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 17: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 18: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 18: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 19: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 19: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die beiden Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 23: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 23: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 21: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die verschmolzenen Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 21: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die verschmolzenen Neutronensterne und die bei der Verschmelzung abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 22: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind der entstehende hyper-massive Neutronenstern und die abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 22: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind der entstehende hyper-massive Neutronenstern und die abgestrahlten Gravitationswellen. (Standbild aus dem Film.) [weniger]

Die folgenden Bilder (Standbilder aus dem Film) zeigen die Dichte der Neutronensterne in hellblau bis dunkelblau in einem Bereich von 200.000 bis 600 Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter. 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).

Abb. 23: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 23: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 24: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 24: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 25: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 25: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 26: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 26: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 27: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 27: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
Abb. 28: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) Bild vergrößern
Abb. 28: Numerisch-relativistische Simulation zweier einander umkreisender und verschmelzender Neutronensterne. Dargestellt sind die Neutronensterne und die Materie, die aus dem System herausgeschleudert wird. (Standbild aus dem Film.) [weniger]
 
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