Gravitativer Kollaps
Gravitativer Kollaps zu einem rotierenden Schwarzen Loch
Materiefelder
Diese Visualisierung einer Computersimulation zeigt den gravitativen Kollaps eines Neutronensterns zu einem rotierenden Schwarzen Loch. Ein solcher Kollaps ist eine der stärksten Quellen elektromagnetischer und gravitativer Strahlung. Aber nur ein Millionstel der Systemenergie wird in Form von Gravitationswellen abgestrahlt, daher müssen die Berechnungen sehr genau sein, und das numerische Problem ist recht anspruchsvoll. Um gute Vorhersagen über mögliche Gravitationswellensignale machen zu können, muss die Simulation zudem auf einem großen räumlichen Gebiet durchgeführt werden, da die Gravitationswellen ihre so genannte asymptotische Form - wie wir sie auf der Erde nachweisen können - erst weit entfernt von der Quelle annehmen. Mit dem hier verwendeten numerischen Verfahren war es erstmals möglich, die Gravitationsstrahlung eines solchen Ereignisses mit einer vollständig dreidimensionalen Simulation zu berechnen.
Die Bilder zeigen den zusammenstürzenden rotierenden Neutronenstern, veranschaulicht durch seine Materiedichte (blau und magenta für verschiedene Dichten). Die Rotation wird durch die Geschwindigkeitsvektoren (gelbe Pfeile) in einer Ebene des Sterns visualisiert, was zeigt, dass die Materie beim Kollaps noch schneller rotiert. Zumindest der scheinbare Horizont (weiß) bildet sich im Zentrum. Dies ist - zu einem gegebenen Zeitschritt - die Grenze zwischen Regionen, in denen austretende Lichtstrahlen noch bis ins Unendliche entweichen können und wo sie im Schwarzen Loch gefangen sind. Da die Raumregion im Inneren des Horizonts keinen Einfluss auf den äußeren Raum hat, wurde sie in dieser Simulation ausgespart - auf diese Weise vermeidet man das numerische Problem der Behandlung der Singularität im Inneren des Schwarzen Lochs, wo die Krümmung der Raumzeit unendlich wird.
Bildrechte:
I. Hawke (University of Southampton), L. Baiotti (SISSA), L. Rezzolla (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik & Institut für Theoretische Physik, Frankfurt)
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