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Die Signale kollidierender Neutronensterne
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Frankfurt
astronews.com
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, die von zwei einander
umkreisenden Neutronensternen erzeugt werden.
Bild: R. Hurt/Caltech-JPL [Großansicht]
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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.
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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