Frühes Signal von kollidierenden Galaxien
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Zürich astronews.com
6. September 2016
Kollidieren zwei Galaxien, entstehen durch die Verschmelzung
der zentralen Schwarzen Löcher Gravitationswellen, die sich durch das ganze
Weltall ausbreiten. Mit einer aufwendigen Simulation berechnete ein
internationales Forscherteam nun, wann diese Wellen während einer Verschmelzung
abgestrahlt werden. Das Ergebnis: deutlich schneller, als bislang gedacht.
Die Bilder zeigen das Verschmelzen von zwei
Galaxien in einer Simulation (Ausschnitt). Die
roten und blauen Punkte bezeichnen die beiden
Schwarzen Löcher.
Bild: Astrophysical Journal [Gesamtansicht] |
In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie hatte Albert Einstein vor hundert
Jahren die Gravitationswellen vorhergesagt, im vergangenen Jahr wurden sie
erstmals direkt nachgewiesen: Das amerikanische Gravitationswellen-Observatorium
LIGO zeichnete von der Erde aus solche Krümmungen im Weltall auf, die durch das
Verschmelzen von zwei massereichen Schwarzen Löchern entstanden waren.
Die Erforschung der Gravitationswellen – und damit auch des Ursprungs des
Universums – geht weiter: Ab 2034 sollen unter Leitung der Europäischen
Weltraumorganisation ESA drei Satelliten ins All geschossen werden, um vom
Weltall aus mit der Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA)
Gravitationswellen in noch tieferen Frequenzbereichen messen zu können. Bislang
konnte jedoch nicht schlüssig vorausgesagt werden, zu welchem Zeitpunkt beim
Verschmelzen von Galaxien Gravitationswellen ausgelöst werden und sich über den
gesamten Weltraum verbreiten.
Zum ersten Mal hat dies nun ein internationales Team von Astrophysikern der
Universität Zürich, vom Institute of Space Technology Islamabad, der
Universität Heidelberg und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften anhand
einer umfangreichen Simulation berechnet.
Jede Galaxie besitzt in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch, das
eine Masse von Millionen oder gar Milliarden Sonnen aufweisen kann. In einer
realistischen Nachbildung des Universums wurde das Verschmelzen zweier, etwa
drei Milliarden Jahre junger Galaxien simuliert, die relativ eng beieinander
lagen. Mithilfe von Supercomputern berechneten die Wissenschaftler die Zeit, die
die zwei zentralen Schwarzen Löcher mit etwa 100 Millionen Sonnenmassen
brauchen, um nach der Kollision der Galaxien starke Gravitationswellen
auszusenden.
"Das Ergebnis ist überraschend: Das Verschmelzen der beiden Schwarzen Löcher
löste bereits nach etwa zehn Millionen Jahren die ersten Gravitationswellen aus
- etwa 100-mal schneller als bisher angenommen", erklärt Lucio Mayer, vom
Institut für Computerwissenschaft der Universität Zürich.
Die über ein Jahr andauernden Computersimulationen wurden in China, Zürich und
Heidelberg durchgeführt. Das Projekt erforderte einen innovativen
Berechnungsansatz mit verschiedenen numerischen Codes auf unterschiedlichen
Supercomputern. Jedem Supercomputer oblag dabei die Berechnung einer bestimmten
Phase der orbitalen Annäherung der beiden massereichen Schwarzen Löcher und
ihrer Muttergalaxien.
Gegenüber bisherigen Modellen wurde in der jetzt vorgestellten Simulation die
Beziehung zwischen den Umlaufbahnen der zentralen Schwarzen Löcher und der Art
der Muttergalaxien berücksichtigt. "Unsere Berechnungen erlauben daher eine
robuste Prognose für die Verschmelzungsrate von supermassiven Schwarzen Löchern
in der Frühzeit des Universums. Sie können dazu beitragen, die
Gravitationswellen, die eLISA in naher Zukunft wohl finden wird, besser
einschätzen zu können", so Mayer.
Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in einem Artikel, der in der
Fachzeitschrift Astrophysical Journal erschienen ist.
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