Wissenschaftler des Rochester Institute of Technology haben neue Simulationen zu Verschmelzungen von Schwarzen Löchern mit stark verschiedenen Massen entwickelt. Diese Simulationen könnten bei der Konstruktion von Gravitationswellendetektoren der nächsten Generation helfen. Professor Carlos Lousto vom RIT und James Healy von der School of Mathematical Sciences beschreiben diese rekordbrechenden Simulationen in einer neuen Studie in den Physical Review Letters.
Mit der Entwicklung besserer Detektoren wie dem Laser Interferometer Space Antenna (LISA) System wird man fortgeschrittenere Simulationen benötigen, mit denen man die empfangenen Signale vergleicht. Die Simulationen berechnen Eigenschaften der verschmolzenen Schwarzen Löcher, darunter die Endmasse, Drehimpuls und Geschwindigkeit, sowie die Spitzenfrequenz, Amplitude und Luminosität der Gravitationswellen, die bei den Verschmelzungen entstehen.
“Im Moment können wir nur Schwarze Löcher mit vergleichbaren Massen beobachten, weil sie hell sind und viel Strahlung produzieren”, sagte Lousto. “Wir wissen, dass es Schwarze Löcher mit sehr verschiedenen Massen geben sollte, zu denen wir mit der aktuellen Technologie jetzt noch keinen Zugang haben, und wir werden diese Detektoren der dritten Generation brauchen, um sie zu finden. Damit wir bestätigen können, dass wir Schwarze Löcher mit diesen verschiedenen Massen beobachten, brauchen wir diese theoretischen Vorhersagen, und die geben wir mit diesen Simulationen.”
Die Forscher vom Center for Computational Relativity and Gravitation am RIT schufen eine Reihe von Simulationen, die zeigen, was passiert, wenn Schwarze Löcher mit zunehmend unterschiedlichen Massen (bis zu einem rekordbrechenden Verhältnis von 128:1) einander 13 Mal umkreisen und dann verschmelzen.
“Aus einem mathematischen Standpunkt betrachtet, prüfen sie tatsächlich die Grenzen unserer Methode zur Lösung von Einsteins Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie auf Supercomputern”, sagte Lousto. “Sie gelangen bis zu einem Punkt, dem bisher keine andere Gruppe auf der Welt nahekam. Technisch gesehen ist es sehr schwierig, zwei verschiedene Objekte wie zwei Schwarze Löcher zu beschreiben; in diesem Fall ist eines 128 Mal massereicher als das andere.”
Video-Link: https://www.youtube.com/watch?v=XdiBsefloRE
Zu den Mitarbeitern an dem Projekt gehörten Lousto, Healy und Nicole Rosato, eine Doktorandin für mathematische Modellierung. Die Studie wurde durch Fördermittel der National Science Foundation unterstützt. Die Simulationen wurden mit Computerclustern vor Ort und auf nationalen Supercomputern durchgeführt, darunter mit der Frontera System and Extreme Science and Engineering Discovery Environment am Texas Advanced Computing Center.
(THK)
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