Gravitationswellen entstehen früher als gedacht

11. September 2016, 17:57
28 Postings

Verschmelzen zwei supermassive Schwarze Löcher, bilden sich die Wellen in der Raumzeit schon nach zehn Millionen Jahren

Zürich – Kollidieren zwei Galaxien miteinander, kann das buchstäblich den Raum selbst erschüttern: Jede Galaxie besitzt in ihrem Zentrum ein supermassives schwarzes Loch von Hunderten Millionen Sonnenmassen. Wenn diese Schwerkraftmonster verschmelzen, werden Gravitationswellen freigesetzt, die sich durch den gesamten Kosmos fortpflanzen.

Albert Einstein hat diese Veränderungen der Raumzeit bereits vor hundert Jahren in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Bestätigt wurden die Gravitationswellen schließlich in diesem Jahr: Das amerikanische Gravitationswellen-Observatorium LIGO zeichnete von der Erde aus die charakteristischen Krümmungen im Weltall auf, die durch das Verschmelzen von zwei massereichen schwarzen Löchern entstanden waren.

Bislang konnte allerdings nicht schlüssig vorausgesagt werden, zu welchem Zeitpunkt beim Verschmelzen von Galaxien Graviationswellen ausgelöst werden. Das ist nun einem internationalen Team anhand einer detailreichen Simulation gelungen.

Unerwartet früh

In einer realistischen Nachbildung des Universums wurde das Verschmelzen zweier, etwa 3 Milliarden Jahre junger Galaxien simuliert, die relativ eng beieinander liegen. Mithilfe von Hochleistungscomputern berechneten die Forscher die Zeit, die die beiden 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 10 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 Computer oblag dabei die Berechnung einer bestimmten Phase der orbitalen Annäherung der beiden massereichen schwarzen Löcher und ihrer Muttergalaxien.

eLISAs Suche startet 2034

Gegenüber bisherigen Modellen wurde in der vorliegenden 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", erklärt Mayer.

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. Die aktuellen Ergebnisse können dazu beitragen, die Gravitationswellen, die eLISA in naher Zukunft wohl finden wird, besser einschätzen zu können. (red, 11.9.2016)

  • Artikelbild
    illu.: astrophysical journal
Share if you care.