Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erste Gravitationswellen bilden sich nach 10 Millionen Jahren

05.09.2016

Kollidieren zwei Galaxien, löst die Verschmelzung der zentralen schwarzen Löcher Gravitationswellen aus, die sich wellenartig über das ganze Weltall verbreiten. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Zürich hat errechnet, dass dies etwa 10 Millionen Jahre nach der Verschmelzung der Galaxien passiert – viel schneller als bisher angenommen.

In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie hatte Albert Einstein vor hundert Jahren die Gravitationswellen vorhergesagt, dieses Jahr wurden sie erstmals direkt nachgewiesen: Das amerikanische Gravitationswellen-Observatorium LIGO zeichnete von der Erde aus solche Krümmungen im Weltall auf, die durch das Verschmelzen von zwei massereichen schwarzen Löchern entstanden waren.


Die Bilder zeigen das Verschmelzen von zwei Galaxien in einer Simulation über etwa 15 Millionen Jahre. Die roten und blauen Punkte bezeichnen die beiden schwarzen Löcher.

Astrophysical Journal

Und die Erforschung der Gravitationswellen – und damit auch des Ursprungs des Universums – geht weiter: 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.

Bislang konnte jedoch nicht schlüssig vorausgesagt werden, zu welchem Zeitpunkt beim Verschmelzen von Galaxien Graviationswellen ausgelöst werden und sich über den gesamten Weltraum verbreiten. Zum ersten Mal hat dies nun ein internationales Team von Astrophysikern der Universität Zürich, vom Institute of Space Technology Islamabad, der Universität Heidelberg und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften anhand einer umfangreichen Simulation berechnet.

Viel schneller als bisher angenommen

Jede Galaxie besitzt in ihrem Zentrum ein supermassives schwarzes Loch, das eine Masse von Millionen oder gar Milliarden Sonnen aufweisen kann. In einer realistischen Nachbildung des Universums wurde das Verschmelzen zweier, etwa 3 Milliarden Jahre junger Galaxien simuliert, die relativ eng beieinander lagen. Mithilfe von Supercomputern berechneten die Forschenden die Zeit, die die zwei 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.

Supercomputer rechnete ein Jahr lang

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 Supercomputer oblag dabei die Berechnung einer bestimmten Phase der orbitalen Annäherung der beiden massereichen schwarzen Löcher und ihrer Muttergalaxien.

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. Sie können dazu beitragen, die Gravitationswellen, die eLISA in naher Zukunft wohl finden wird, besser einschätzen zu können», erklärt Lucio Mayer, vom Institut für Computerwissenschaft der Universität Zürich.

Literatur:
Fazeel Mahmood Khan, Davide Fiacconi, Lucio Mayer, Peter Berczik und Andreas Just. Swift Coalescence of Supermassive Black Holes in Cosmological Mergers of Massive Galaxies. Astrophysical Journal, 2. September 2016. arXiv:1604.00015

LISA-Sympisium vom 5. bis 9. September an der Universität Zürich

Die Universität Zürich organisiert zusammen mit der ETH vom 5. bis 9. September das 11. Internationale LISA-Symposium. Auf dem Campus Irchel treffen sich die „Who is Who“ der Gravitationswellen-Astrophysik, ranghohe Experten der europäischen und amerikanischen Raumfahrtbehörden sowie Spezialisten der Raumfahrtmission LISA. Sie berichten über die vorliegenden ausführlichen Tests der Technologie der LISA Pathfinder-Mission, die bisher alle Erwartungen bei weitem übertroffen haben. Und sie geben einen Ausblick auf das künftige Gravitationswellen-Observatorium eLISA, das voraussichtlich 2034 starten soll. Drei Satelliten, deren Abstand jeweils 1 Million Kilometer beträgt, werden dann auf eine Sonnenumlaufbahn gebracht, um Gravitationswellen in einem sehr tiefen Frequenzbereich mithilfe von Laserstrahlen aufzuspüren. http://www.physik.uzh.ch/events/lisa2016/

Weitere Informationen:

http://www.media.uzh.ch/de/medienmitteilungen/2016/Gravitationswellen-berechnen....

Melanie Nyfeler | Universität Zürich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Das Universum enthält weniger Materie als gedacht
07.12.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie
06.12.2016 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher entwickeln Unterwasser-Observatorium

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Mehrkernprozessoren für Mobilität und Industrie 4.0

07.12.2016 | Informationstechnologie