Der Student Arend Moerman von der Leiden University in den Niederlanden hat die Bestnote für seine Masterarbeit über die Simulation chaotischer Interaktionen zwischen drei Schwarzen Löchern bekommen. Die Simulationen, die er zusammen mit Forschern der Leiden University und der University of Oxford durchführte, zeigen, dass leichtere Schwarze Löcher dazu tendieren, sich gegenseitig in den Weltraum zu katapultieren, während schwerere Schwarze Löcher zu Verschmelzungen neigen. Die Forschungsarbeit wird im führenden Journal Physical Review D veröffentlicht.
Moerman verbrachte ein Jahr mit der Untersuchung der dynamischen Interaktionen und Kollisionen von drei imaginären Schwarzen Löchern. Die Wechselwirkungen zwischen drei Körpern wie Sternen, Planeten oder Schwarzen Löchern können nicht mit einer eleganten Formel vorhergesagt werden. Deswegen nutzte Moerman einen Computer, der die Geschehnisse für eine kurze Zeitspanne berechnet und die Ergebnisse dann als Grundlage für die nächste Zeitspanne nimmt.
Erweitert mit der Relativitätstheorie
Der Computer-Code ist eine erweiterte Version des Codes, der vom Erstautor Tjarda Boekholt (University of Oxford) und dem Co-Autor Simon Portegies Zwart (Leiden Observatory) letztes Jahr und 2018 verwendet wurde. Der neue, erweiterte Code berücksichtigt Einsteins Relativitätstheorie. Das ist wichtig, weil die Relativitätstheorie eine große Rolle spielt, insbesondere bei massereichen Objekten wie Schwarzen Löchern.
Die Forscher variierten die Massen der drei interagierenden Schwarzen Löcher. Sie begannen mit einer Sonnenmasse und erhöhten sie bis auf eine Milliarde Sonnenmassen.
Kipppunkt
Bei etwa zehn Millionen Sonnenmassen schien es einen Kipppunkt zu geben. In den Simulationen katapultierten sich Schwarze Löcher, die weniger als zehn Millionen Sonnenmassen aufwiesen, größtenteils gegenseitig mittels gravitativer Wechselwirkungen fort. Schwarze Löcher mit mehr als zehn Millionen Sonnenmassen beginnen zu verschmelzen. Zunächst verschmelzen zwei Schwarze Löcher; das dritte Schwarze Loch wird später folgen. Die Schwarzen Löcher verschmelzen, weil sie durch die Emission von Gravitationswellen kinetische Energie verlieren.
“Arends Arbeit hat zu neuen Erkenntnissen darüber geführt, wie Schwarze Löcher supermassiv werden. In den Simulationen sehen wir, dass massereiche Schwarze Löcher nicht länger endlos umeinander kreisen, sondern dass sie recht schnell miteinander kollidieren, wenn sie massereich genug sind”, sagte Portegies Zwart.
Moerman erhielt die bestmögliche Note für seine Masterarbeit. In der Zwischenzeit begann er ein Forschungsprojekt für den zweiten Abschluss. Darin geht es um DESHIMA, ein niederländisch-japanisches Spektroskop.
(THK)
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