Beobachtung und Simulation von kollidierenden Binärsystemen

Das Ziel dieser unabhängigen Max-Planck-Forschungsgruppe ist es, Beobachtungen von Gravitationswellen mittels unseres ausgeklügeltsten theoretischen Werkzeugs – aufwändiger numerischer Simulationen von kollidierenden Schwarzen Löchern bzw. Neutronensternen – zu entschlüsseln.

Wissen, wonach man suchen muss

Beim ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen durch das Advanced Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) am 14. September 2015 konnten wir die Signale verstehen, weil theoretische Vorhersagen uns verrieten, wonach wir suchen mussten. Diese theoretischen Vorhersagen stammen aus Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen, die bestimmen wie Schwarze Löcher die Raumzeit krümmen und daher Gravitationswellen erzeugen, die sich mit extrem empfindlichen Instrumenten wie LIGO beobachten lassen. Diese Gleichungen sind allerdings so kompliziert, dass sich der heftigste (und vielleicht interessanteste) Teil der Kollision nur mit Hilfe aufwändiger Simulationen auf Großrechnern verstehen lässt.

Die Relativitätstheorie überprüfen

Der 14. September 2015 war natürlich nur der Anfang. Seitdem hat LIGO mehrere verschmelzende Doppelsysteme Schwarzer Löcher beobachtet und weitere Signale werden erwartet. Diese bieten uns Einblicke in extreme Umgebungen der Allgemeinen Relativitätstheorie und bestätigen uns die Existenz Schwarzer Löcher mit mehreren zehn Sonnenmassen. Wenn zwei solcher Schwerkraftgiganten einander mit relativistischen Geschwindigkeiten umrunden, können wir überprüfen ob die Gesetze der Physik weiterhin Einsteins Beschreibung folgen.

Die Dynamik Schwarzer Löcher besser verstehen

Um jedes Quäntchen wissenschaftlicher Information aus den schwachen Gravitationswellen-Signalen zu extrahieren, werden immer aufwändigere numerische Simulationen von einer Handvoll Arbeitsgruppen rund um die Welt durchgeführt – diese unabhängige Max-Planck-Forschungsgruppe ist eine von ihnen. Unser Ziel ist es, analytische Modelle zu entwickeln, die unser Verständnis von der Dynamik verschmelzender Schwarzer Löcher vertiefen und die es uns erlauben, faszinierende Phänomene wie präzedierende Doppelsysteme oder „Kicks“ Schwarzer Löcher zu beobachten.

Neutronensterne simulieren

Schwarze Löcher sind darüber hinaus nicht die einzigen kompakten Objekte, die mittels Gravitationswellen beobachten werden können. Signale verschmelzender Neutronensterne und die Kollisionen Schwarzer Löcher mit Neutronensternen gehören ebenfalls dazu. Diese Forschungsgruppe nutzt numerische Simulationen, um das Verhalten von Materie bei den extremen Dichten in Neutronensternen zu verstehen. Die Kombination von Simulationen mit Beobachtungen von Gravitationswellen kollidierender Neutronensterne ermöglicht neuartige Einblicke in diese vielfältigen und faszinierenden Objekte.

Weiterführende Informationen

von unserem Computercluster „Holodeck“ [mehr]
der Arbeitsgruppe „Beobachtung und Simulation von kollidierenden Binärsystemen“ [mehr]
aus der Gruppe „Beobachtung und Simulation von kollidierenden Binärsystemen“ [mehr]
Aktuelle Gravitationswellen-Astronomie
Aktuelle Informationen zur Gravitationswellen-Astronomie und zu Kompetenzen am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover und Potsdam. mehr

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