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Allgemeine Relativitätstheorie: Kreisende Schwarze Löcher kurz vor Zusammensturz simuliert

Wissenschaftlern der Pennsylvania State University ist es offenbar zum ersten Mal gelungen, eine numerische Simulation zweier Schwarzer Löcher zu bewerkstelligen, bei der ein voller Umlauf der Raumzeit-Singularitäten umeinander zu beobachten ist. Von einem solchen Vorgang in natura versprechen sich Astronomen den direkten Nachweis von Gravitationswellen.

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Schwarze Löcher | Kreisende Schwarze Löcher nach rund einem Umlauf umeinander
Laut Bernd Brügmann sei es schon schwierig genug, ein einzelnes Schwarzes Loch zu modellieren, zwei Schwarze Löcher im Endstadium ihrer spiralförmigen Bewegung aufeinander zu machten das Problem jedoch noch komplizierter. Normalerweise würden diese Masse anziehenden Singularitäten in Computersimulationen dazu neigen, frühzeitig miteinander zu verschmelzen und somit die Simulation zu beenden, bevor eine gegenseitige Umrundung vollzogen wäre.

Brügmann und seine Kollegen Wolfgang Tichy und Nina Jansen konnten nun das rechnerische Problem lösen, indem sie unter anderem ein mitbewegtes Koordinatensystem einführten, das der Bewegung der Schwarzen Löcher folgt. In diesem Koordinatensystem fallen Bewegungen und Verzerrungen geringer aus, sodass genug Zeit bleibt, eine volle Bewegung der Schwarzen Löcher umeinander zu simulieren. Mitbewegte Koordinatensysteme sind ein gängiges Mittel in der Physik, komplizierte Bewegungen zu vereinfachen. Offenbar funktioniert dieser Trick auch bei der simulierten Bewegung Schwarzer Löcher.

Die Simulation dieser Objekte gestaltet sich deshalb als schwierig, da gemäß Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie Gravitationswellen von den umkreisenden Objekten abgestrahlt werden, das System somit Energie verliert und sich die Bahnparameter ständig ändern. Insbesondere wenn die bewegten Massen sehr groß sind, wie im Falle Schwarzer Löcher, und sich die Bewegung sehr schnell vollzieht, ist es schwierig, genaue rechnerische Vorhersagen zu treffen. Doch gerade dieser Fall verspricht, nachweisbare Gravitationswellen hervorzubringen.

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