Neutronensternverschmelzung: Einblicke in die Entstehung von Schwarzen Löchern

POTSDAM / LONDON (IT BOLTWISE) – Die Verschmelzung zweier Neutronensterne ist ein spektakuläres astrophysikalisches Ereignis, das nicht nur die Entstehung von Schwarzen Löchern, sondern auch die Freisetzung von Gravitationswellen und anderen kosmischen Phänomenen zur Folge hat.

Die jüngste Simulation der Verschmelzung zweier Neutronensterne, durchgeführt von einem internationalen Team unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik, hat neue Erkenntnisse über die Entstehung von Schwarzen Löchern und die damit verbundenen astrophysikalischen Phänomene geliefert. Diese Simulation, die 1,5 Sekunden der Verschmelzung in Echtzeit abbildet, ist die bisher längste und komplexeste ihrer Art. Sie berücksichtigt die Effekte der allgemeinen Relativitätstheorie, der Neutrino-Strahlung und der Magnetohydrodynamik.

Die Simulation zeigt, wie die Neutronensterne, die sich anfangs umkreisen, durch den Verlust von Bahnenergie in Form von Gravitationswellen aufeinander zu stürzen. Ihre Gesamtmasse führt dazu, dass der Verschmelzungsrest sofort zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Diese Erkenntnisse sind besonders wertvoll für die Multi-Messenger-Astronomie, die sich mit der gleichzeitigen Beobachtung verschiedener astrophysikalischer Signale beschäftigt.

Ein bemerkenswerter Aspekt der Simulation ist die Vorhersage eines Materiejets, der sich entlang der Rotationsachse des neu entstandenen Schwarzen Lochs bildet. Dieser Jet könnte einen Gammastrahlenblitz auslösen, ein Phänomen, das bereits in früheren Beobachtungen vermutet wurde. Die Simulation liefert zudem wertvolle Informationen über die Neutrinoemissionen und die Menge der Materie, die in das interstellare Medium ausgestoßen wird.

Die Ergebnisse dieser Simulation sind nicht nur für die theoretische Astrophysik von Bedeutung, sondern auch für die praktische Beobachtung solcher Ereignisse. Sie helfen dabei, die Signale zu identifizieren, die von verschiedenen Observatorien weltweit erfasst werden können. Insbesondere die Gravitationswellen, die als erstes Signal beobachtet werden können, bieten wertvolle Einblicke in die Dynamik der Verschmelzung.

Die Entdeckung von Kilonovae, die leuchtenden Gas- und Staubwolken, die bei der Verschmelzung entstehen, hat bereits 2017 zur Bestätigung der Theorie geführt, dass solche Ereignisse schwere Elemente wie Gold erzeugen können. Diese Simulation bietet nun ein vollständiges Bild des Prozesses und ermöglicht es, zukünftige Beobachtungen besser zu planen und zu interpretieren.

Insgesamt zeigt die Simulation, wie wichtig die Kombination von theoretischen Modellen und praktischen Beobachtungen ist, um das Verständnis von Neutronensternverschmelzungen und ihren vielfältigen Auswirkungen auf das Universum zu vertiefen. Die Fortschritte in der Rechenleistung, wie sie durch den Einsatz des Supercomputers Fugaku in Japan ermöglicht wurden, spielen dabei eine entscheidende Rolle.

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