URL: http://www.uni-jena.de/Forschungsmeldungen/FM171019_Gravi.pdf

Sternenglanz für Jenaer Forscher

Physiker der Universität Jena erforschen die theoretischen Grundlagenfür die Beobachtung der Gravitationswellen / Neutronenstern-Kollisionam Modell vorhergesagt

Foto: Simulation: T. Dietrich (MPI für Gravitationsphysik) und die BAM/Jena-Kollaboration.Visualisierung: T. Dietrich, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (MPI für Gravitationsphysik)

Computersimulation von der Kollision zweier Neutronensterne. Oben: Gravitationswellen (inblau-grün), die während der letzten Orbits der zwei Neutronensterne mit Lichtgeschwindigkeitausgesandt wurden. Unten: Bei der Kollision wird Materie der Neutronensterne (in gelb-orange) inden Weltraum geschleudert, während sich im Zentrum ein Schwarzes Loch mit Akkretionsscheibebildet.

Vor gut 130 Millionen Jahren kollidierten zwei Neutronensterne in der Galaxie NGC 4993. Diegigantische Explosion dieser extrem dichten Himmelskörper wurde am 17. August dieses Jahresvon zahlreichen Observatorien weltweit aufgezeichnet. Für Physiker und Astronomen wurde dasHimmelsphänomen, das jetzt verkündet wurde, zu einer wahren Sternstunde; ein Teil des Glanzesfällt auch auf die Universität Jena.

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"Die Kollision der beiden Neutronensterne konnte beobachtet werden, weil zunächst dieGravitationswellen aufgezeichnet wurden, die dem kosmischen Ereignis vorausgingen", sagt Prof.Dr. Bernd Brügmann von der Universität Jena. Der Inhaber des Lehrstuhls für Gravitationstheoriespricht von einer einzigartigen globalen Zusammenarbeit von Wissenschaftlerinnen undWissenschaftlern, die den bahnbrechenden Erfolg ermöglichte.

Platin und Gold im interstellaren Raum

Nachdem das LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) in den USA und dasVirgo-Interferometer in Italien die der Kollision der Sterne vorausgehenden Gravitationswellenaufgezeichnet hatten, richteten Astronomen weltweit ihre Teleskope auf die Galaxie NGC 4993, diesich mit etwa 130 Millionen Lichtjahren relativ nah an unserem Sonnensystem befindet. Beobachtetwurden der Lichtblitz der Explosion und das tagelange Abklingen der Strahlung, wodurch weitereerhellende Erkenntnisse gelangen. Wie Prof. Brügmann erläutert, entstehen durch die nach derSternenkollision ablaufenden Prozesse schwere Elemente wie Platin und Gold, die in deninterstellaren Raum geschleudert werden. Bis vor kurzem ging man davon aus, dass die schwerenElemente von Supernovas stammen, d. h. von der Explosion einzelner Sterne. "Die detaillierteBeobachtung einer sogenannten Makronova nach der Kollision von Neutronensternen ist einfantastisches Ergebnis, weil sie die beobachtete Häufigkeit der schweren Elemente wesentlichbesser erklärt als das Modell der Supernovas", sagt Prof. Brügmann. Das bedeute, dass etwa dasGold auf der Erde zum größten Teil dereinst aus dem Staub einer solchen Sternenkollisionentstanden ist.

Als jüngst der Nobelpreis für Physik vergeben wurde, stand der Nachweis der von Einsteinvorhergesagten Gravitationswellen im Fokus. Gelungen war dieser Nachweis durch dieBeobachtung der Kollision zweier Schwarzer Löcher. In der Begründung der Jury wurden nebender brillanten experimentellen Leistung u. a. Arbeiten zitiert, an denen Prof. Bernd Brügmann undder inzwischen emeritierte Prof. Dr. Gerhard Schäfer beteiligt waren. Die beiden Forscher und ihreMitarbeiter von der Universität Jena trugen zu den theoretischen Grundlagen bei, durch die 2016der wissenschaftliche Durchbruch gelang.

Die Entdeckungen beruhen auf möglichst exakten Vorhersagen durch Modelle

Wie Prof. Brügmann sagt, beruhen die jüngsten Entdeckungen in den Weiten von Zeit und Raumzunächst auf möglichst exakten Vorhersagen durch Modelle, die in der Theoretischen Physik u. a.in Jena erarbeitet werden. Für die Kollision von Neutronensternen entwickelt die Arbeitsgruppe vonBrügmann Computerprogramme, die auf einigen der größten Supercomputer Europas laufen. Anden Anfang der Woche veröffentlichten, bahnbrechenden Ergebnissen zu Gravitationswellen ist soauch Dr. Tim Dietrich beteiligt, der in Jena promovierte und 2017 einen Promotionspreis derDeutschen Physikalischen Gesellschaft erhielt. Dietrich forscht in Kooperation mit Jena amAlbert-Einstein-Institut in Potsdam weiter zur numerischen Relativitätstheorie. Zukunftsweisend istzudem das Promotionsthema von Reetika Dudi, Doktorandin im Graduiertenkolleg für Quanten-und Gravitationsfelder in Jena, die an der numerischen Datenanalyse für Gravitationswellen vonNeutronensternen arbeitet. Davon kann so mancher Doktorand nur träumen. Noch vor kurzem wardieses Thema für die LIGO/Virgo-Kollaboration nur eines unter vielen, bis die verblüffendeEntdeckung genau solch einer Quelle ihr Thema in den Mittelpunkt des Interesses rückte. DurchDudi und Dietrich hat die Universität Jena ihren Anteil am Sternenglanz der neuestenGravitationswellenforschung.

Kontakt:Prof. Dr. Bernd Brügmann

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Theoretisch-Physikalisches Institut der Friedrich-Schiller-Universität JenaMax-Wien-Platz 1, 07743 JenaTel.: 03641 / 947100E-Mail: bernd.bruegmann@uni-jena.de

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