Gravitationswellen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Brügmann
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 360292238

Der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen im Jahr 2015 war ein historischer Durchbruch in der Gravitationsphysik. Die ersten Beobachtungen wurden als Signale von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher identifiziert, was zugleich den Nachweis erbrachte, dass Binärsysteme in der Tat ausgezeichnete Kandidaten für den Ursprung von Gravitationswellen sind. Im vorliegenden Projekt sollen Binärsysteme untersucht werden, die von zwei Neutronensternen oder von einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch gebildet werden. Ihre Beschreibung erfolgt in der Allgemeinen Relativitätstheorie und der allgemeinrelativistischen Hydrodynamik. Für die Analyse der Gravitationswellendaten von verschmelzenden Binärsystemen sind numerische Simulationen erforderlich, um das Zwei-Körper-Problem der Einsteinschen Theorie im Bereich hochdynamischer und starker Felder zu lösen. Das Ziel ist, theoretische Modelle für die relativistische Dynamik der Binärsysteme, den Verschmelzungsprozess mit Scheibenbildung und Jets, sowie die Erzeugung von Gravitationswellen zu erstellen. Zum jetzigen Zeitpunkt wurden hauptsächlich Binärsysteme zweier Neutronensterne untersucht, die gleiche oder vergleichbare Masse haben, keinen Spin und quasizirkulären Umlaufbahnen folgen. Neuere Arbeiten haben eine gewichtige technische Einschränkung bei der Berechnung von allgemeinrelativistischen Binärsystemen für Neutronensterne mit Spin aufgehoben. Das wesentliche Ziel des Vorhabens ist, die ersten Beispielrechnungen für Neutronensterne mit Spin umfassend zu erweitern. Langfristig soll unter Einbeziehung von Spin, ungleichen Massen und Exzentrizität der gesamte Parameterraum von Binärsystemen in der numerischen Relativitätstheorie erschlossen werden und somit die Analyse zukünftiger Beobachtungen von den dazugehörigen Gravitationswellen vorbereitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Wolfgang Tichy