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Dr. Elke Müller
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Veröffentlichung

1.
Luca Baiotti, Bruno Giacomazzo, Luciano Rezzolla
Accurate evolutions of inspiralling neutron-star binaries: prompt and delayed collapse to black hole

Heller als 10 Milliarden Sonnen

Wissenschaftlern am Albert-Einstein-Institut gelang die erste vollständige relativistische Simulation kollidierender Neutronensterne.

24. Oktober 2008

Wenn zwei Neutronensterne in unserem Universum kollidieren, ist das ein seltenes aber unglaublich energiereiches Ereignis. Was aber passiert genau bei diesem Prozess, der am Ende ein neues Schwarzes Loch entstehen lässt? Wie viel Energie wird frei gesetzt? Entstehen auf diese Art und Weise die rätselhaften Gammastrahlen-Ausbrüche? Der Arbeitsgruppe Numerische Relativitätstheorie am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) hat diese Fragen jetzt beantwortet und die erste vollständige und präzise Simulation des komplexen Prozesses veröffentlicht. Die Simulation zeigt – dreidimensional und vollkommen relativistisch – wie sich die beiden kompakten Sterne einander auf spiralförmigen Bahnen nähern und schließlich miteinander verschmelzen. Diese neuen Forschungsergebnisse enthalten wichtige Informationen für ein tieferes Verständnis unseres Universums – insbesondere für Wissenschaftler, die auf den Gebieten der Gravitationswellen- und der Gammastrahlenforschung arbeiten. Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Physical Review D veröffentlicht. 

Die außerordentlich komplexen Berechnungen erforderten den Einsatz modernster Parallelrechner. Sie wurden auf den eigens auf diese Erfordernisse zugeschnittenen AEI-Supercomputern BELLADONNA und DAMIANA durchgeführt.

Die Bilder zeigen eine Simulation von zwei Neutronensternen, die zu einem Hypermassiven Neutronestern (HMNS) verschmelzen. Die unterschiedlichen Farben markieren die verschiedenen Dichten: grün bedeutet eine hohe Dichte, orange eine geringe Dichte. Trotz seiner hohen Temperatur kann der HMNS der Schwerkraft nicht widerstehen und kollabiert nach Sekundenbruchteilen zu einem Schwarzen Loch. Die Materie mit geringer Dichte (orangefarben) bildet einen Torus um das Schwarze Loch herum. Aus dieser Situation heraus könnten Gammastrahlenausbrüche entstehen. Bild vergrößern
Die Bilder zeigen eine Simulation von zwei Neutronensternen, die zu einem Hypermassiven Neutronestern (HMNS) verschmelzen. Die unterschiedlichen Farben markieren die verschiedenen Dichten: grün bedeutet eine hohe Dichte, orange eine geringe Dichte. Trotz seiner hohen Temperatur kann der HMNS der Schwerkraft nicht widerstehen und kollabiert nach Sekundenbruchteilen zu einem Schwarzen Loch. Die Materie mit geringer Dichte (orangefarben) bildet einen Torus um das Schwarze Loch herum. Aus dieser Situation heraus könnten Gammastrahlenausbrüche entstehen. [weniger]

„Mit unseren Berechnungen können wir genauer als jemals zuvor zeigen, wie zwei Neutronensterne miteinander verschmelzen.“, so Prof. Luciano Rezzolla, Leiter der Arbeitsgruppe Numerische Relativitätstheorie am AEI. „Neutronensterne sind hochgradig spannende Objekte. Aus physikalischer Sicht sind sie noch deutlich interessanter als Schwarze Löcher, denn die Berechnung ihres Verhaltens liefert nicht nur neue Informationen über Gravitationswellensignale, sondern auch über Gammastrahlenausbrüche, extrem kurze und energiereiche Ereignisse.“

Prof. Bernard Schutz, Geschäftsführender Direktor des AEI ergänzt: „Prof. Rezzolla und seine Forschungsgruppe haben jetzt einen außerordentlich wichtigen Beitrag geleistet, um das Verschmelzen zweier Neutronensterne zu verstehen. Die Forschungsgruppe hat während ihrer jahrelangen Arbeit auf diesem Gebiet leistungsfähigste Softwareanwendungen entwickelt. Unterstützt wurde sie dabei von der Max-Planck-Gesellschaft, die einige der schnellsten Computer für diese Forschung bereitstellte. Dank dieser Kraftanstrengungen haben wir heute bahnbrechende Resultate. Uns steht endlich eine Simulation zur Verfügung, die gesamte Physik aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie nutzt, um diese seltenen aber extrem energiereichen Ereignisse zu studieren.

 
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