Neue Einblicke in die Krümmung von Gravitationswellen in der Raumzeit

Die Kokons sterbender Sterne könnten eine neue Quelle für Gravitationswellen sein.

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Die Kokons sterbender Sterne könnten eine neue Quelle für Gravitationswellen sein, basierend auf Simulationen, die durchgeführt wurden, um zu beurteilen, was mit den Trümmern passiert, die um Sterne herum gefunden werden, wenn sie in ihre letzten Jahre eintreten. Kokons entstehen, wenn ein massereicher Stern Trümmer abwirft, während er in ein Schwarzes Loch kollabiert. Wenn Jets mit kollabierenden Schichten des sterbenden Sterns kollidieren, bildet sich um den Jet herum eine Blase oder ein „Kokon“. Kokons sind turbulente Orte, an denen sich heiße Gase und Trümmer zufällig vermischen und sich vom Strahl in alle Richtungen ausdehnen.

Gravitationswellen werden mit binären Systemen in Verbindung gebracht, beispielsweise mit der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, zweier Neutronensterne oder jeweils eines davon. Astrophysiker haben jedoch spekuliert, dass Gravitationswellen von einer einzigen, nicht-binären Quelle erzeugt werden könnten.

Forschern der Northwestern University zufolge könnten die turbulenten, energiereichen Kokons aus Trümmern, die sterbende massereiche Sterne umgeben, auch eine Quelle von Gravitationswellen sein.

Gravitationswellen sind Wellen mit der Intensität der Schwerkraft, die von beschleunigten Massen im Raum in Form von Wellen erzeugt werden, die sich mit Lichtgeschwindigkeit von ihrer Quelle nach außen bewegen. Diese Wellen üben einen Einfluss auf die Raumzeit aus, indem sie alles, was sich ihnen in den Weg stellt, zusammendrücken und dehnen.

Die Simulationen werden anhand realer Daten getestet, wobei der Schwerpunkt auf den Gravitationswellen von Kokons liegt. Die primäre Datenquelle wird die Untersuchung des Frequenzbandes sein, das das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) erkennen kann. LIGO-Observatorien befinden sich in Hanford Site, Washington und in Livingston, Louisiana.

Die LIGO-Observatorien haben das Ziel, Gravitationswellen mittels Laserinterferometrie nachzuweisen. Die Observatorien verfügen über Spiegel im Abstand von vier Kilometern, die eine Änderung von weniger als einem Zehntausendstel des Ladungsdurchmessers eines Protons nachweisen können.

Selbst mit fortschrittlicher Technologie wie LIGO können Wissenschaftler Gravitationswellen nur von asymmetrischen Explosionen mit höherer Frequenz erkennen. Glücklicherweise sind die Kokons um sterbende Sterne sowohl asymmetrisch als auch hochenergetisch.

Der leitende Forscher Ore Gottlieb hat seine Forschung während eines virtuellen Briefings auf dem 242. Treffen der American Astronomical Society vorgestellt. Die Präsentation mit dem Titel „Jetted and turbulent stellar deaths: New LIGO-detectablesources of gravitationalwaves“ fand am Montag, 5. Juni 2023, um 12:15 Uhr EDT im Rahmen einer Sitzung mit dem Titel „Discoveries in Distant Galaxies“ statt ."

Gottlieb und seine Mitarbeiter nutzten neue, hochmoderne Simulationen, um den Kollaps eines massereichen Sterns zu modellieren. Wenn massereiche Sterne zu Schwarzen Löchern kollabieren, können sie starke Ausströme (oder Jets) von Teilchen erzeugen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Gottliebs Simulationen modellierten diesen Prozess – vom Kollaps des Sterns in ein Schwarzes Loch bis zum Austritt des Jets.

Die Simulation zeigte, dass eine unerwartete Quelle die Berechnungen störte, ein Phänomen, das auf den Kokon zurückgeführt werden konnte, was darauf hindeutet, dass der Kokon eine interessante Gravitationswellenquelle war.

Die Simulationen wurden durch den Einsatz des Supercomputers Summit des Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums und des Supercomputers Perlmutter des National Energy Research Scientific Computing Center ermöglicht.

Dr. Tim Sandle ist Chefredakteur für Wissenschaftsnachrichten im Digital Journal. Tim ist auf Wissenschafts-, Technologie-, Umwelt- und Gesundheitsjournalismus spezialisiert. Er ist außerdem praktizierender Mikrobiologe; und ein Autor. Er interessiert sich auch für Geschichte, Politik und aktuelle Ereignisse.

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