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GRAVITATIONSWELLEN
Die Signale kollidierender Neutronensterne
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Frankfurt
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15. November 2016

Um Gravitationswellen nachzuweisen, benötigt man nicht nur extrem empfindliche Detektoren, sondern auch eine sehr genaue Vorstellung davon, nach welchem Signal man eigentlich genau Ausschau hält. Jetzt erhielt ein Physiker der Universität Frankfurt 60 Millionen CPU-Stunden Rechenzeit für Simulationen, mit deren Hilfe die Signale von kollidierenden Neutronensternen aufgespürt werden könnten.

Gravitationswellen

Gravitationswellen, die von zwei einander umkreisenden Neutronensternen erzeugt werden.  Bild: R. Hurt/Caltech-JPL  [Großansicht]

Der theoretische Physiker Prof. Luciano Rezzolla von der Goethe-Universität erhält für die Simulation von Gravitationswellen im kommenden Jahr 60 Millionen CPU-Stunden am Supercomputer superMUC des Leibniz-Rechenzentrums in Garching bei München. Mit den aufwändigen Simulationen will der Forscher helfen, die Signale von Gravitationswellen aus kollidierenden Neutronensternsystemen in den künftigen Messkampagnen der Detektoren Ligo und Virgo aufzuspüren. Die bisher gemessenen Gravitationswellen stammten von Schwarzen Löchern.

Die Rechenzeit im Wert von mehr als einer Million Euro wurde Rezzolla in einem hoch kompetitiven Wettbewerb von der Gauss-Allianz zugesprochen. Die Gauss-Allianz ist ein Zusammenschluss mehrerer Rechenzentren, der Wissenschaftlern in Deutschland die effiziente Nutzung von Hochleistungsrechnern ermöglicht.

Für Rezzolla sind Gravitationswellen so etwas wie Messsonden, die Informationen über extrem massereiche Objekte im Universum liefern. "Doppelsternsysteme aus Neutronensternen sind einzigartige Laboratorien für fundamentale physikalische Gesetze", sagt er. In ihrem Kern sind die Teilchen stärker komprimiert als in einem Atomkern. Kein physikalisches Experiment auf der Erde kann die extreme Dichte, Temperatur und Gravitationskraft im Inneren eines solchen Sterns reproduzieren.

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Als Alternative bleibt die Simulation im Computer. Dazu müssen allerdings die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie zusammen mit denen der relativistischen Hydrodynamik und der Magnetohydrodynamik gelöst und mit der komplexen Mikrophysik beim Verschmelzen zweier Neutronensterne kombiniert werden. Dies erfordert aufwändige numerische Simulationen.

Das Projekt von Luciano Rezzolla hat zwei Schwerpunkte: Erstens simuliert er die Gravitationswellen von Neutronensterne, die einander in spiralförmigen Bewegungen umkreisen; zweitens untersucht er Zusammenhänge zwischen fusionierenden Neutronensternen und ihren elektromagnetischen Gegenstücken. "Die Simulationen sollen dabei helfen, die entsprechenden Signale von Gravitationswellen aufzuspüren, die vielleicht schon nächstes Jahr in den Detektoren LIGO und Virgo gemessen werden", so Rezzolla. "Wir hoffen, dass wir dann die Natur und den Aufbau von Neutronensternen besser verstehen und insbesondere etwas über die Zustandsgleichung bei extrem hoher Kerndichte erfahren."

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siehe auch
Gravitationswellen: Die Ära der Gravitationswellen-Astronomie - 6. Juli 2016
LIGO: Zweites Gravitationswellen-Signal entdeckt - 16. Juni 2016
Gravitationswellen: Neutronenstern-Paare im Visier - 10. Mai 2016
LIGO: Erste direkte Beobachtung von Gravitationswellen - 11. Februar 2016
Links im WWW
Goethe-Universität Frankfurt am Main
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