Am 14. Mai 2025 berichten Wissenschaftler von der Humboldt-Universität zu Berlin über bedeutende Fortschritte in der Forschung zu Schwarzen Löchern und Gravitationswellen. Diese besonders dichte Region der Raumzeit, in der sogar Licht nicht entweichen kann, raucht dabei im Fokus der astrofizikalischen Forschung. Schwarze Löcher krümmen nicht nur den Raum, sie generieren auch bei Annäherung zu einem weiteren Schwarzen Loch gravitativ bedingte Wellen, die erstmals vor einem Jahrzehnt durch die LIGO-Detektoren nachgewiesen wurden. Das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Jan Plefka hat präzise Berechnungen zur Streuung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen angestellt, die in der renommierten Zeitschrift Nature veröffentlicht wurden.
Die Forschungsarbeiten kommen zu einem entscheidenden Zeitpunkt, da die nächste Generation von Gravitationswellen-Detektoren, darunter das Einstein-Teleskop und LISA, in der Entwicklung steht. In den letzten Jahren haben die Sensitivitätsstufen dieser Technologien immens zugenommen, was hochpräzise Modelle erfordert. Vor allem Signale von Schwarzen Löchern, die sich auf exzentrischen Umlaufbahnen bewegen, stehen im Mittelpunkt des Interesses. Die neuen Erkenntnisse könnten die Gravitationswellenastronomie grundlegend beeinflussen und eröffnen Möglichkeiten für weitere Entdeckungen in der Astrophysik.
Mathematische Herausforderungen und Lösungen
Ein zentrales Element der Studie ist die mathematische Beschreibung der Wechselwirkungen zwischen Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Diese erfordert höchste Präzision, die das Forschungsteam durch innovative rechnergestützte Methoden und internationale Zusammenarbeit erreicht hat. Es wurden beobachtbare Größen wie Streuwinkel und die abgestrahlte Energie mithilfe komplexer Modelle, die auch Calabi-Yau-Räume, sechsdimensionale geometrische Strukturen, berücksichtigen, berechnet. Die Relevanz dieser Strukturen für astrophysikalische Phänomene wurde im Rahmen der Studie eindrucksvoll nachgewiesen.
Das Projekt hat über 300.000 Kernstunden an Hochleistungsrechnern am Zuse-Institut in Berlin in Anspruch genommen. Diese umfangreiche Rechenleistung ist entscheidend, um die feinen Details der Wechselwirkungen zwischen extremen astrophysikalischen Objekten zu entschlüsseln. Das Team erweiterte sich um führende Spezialisten für Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten, was die multidisziplinäre Natur der Forschung unterstreicht.
Die Rolle der Gravitationswellen in der Astrophysik
Gravitationswellen stellen seit dem ersten Nachweis vor zehn Jahren ein revolutionäres Werkzeug in der Astrophysik dar. Sie ermöglichen es Wissenschaftlern, das Universum auf eine Weise zu beobachten, die über traditionelle astronomische Methoden hinausgeht. Die wellenförmigen Verzerrungen von Raum und Zeit bieten neue Einblicke in die Dynamik von Schwarzen Löchern und deren Begegnungen. Umso wichtiger ist ein präzises Verständnis dieser Begegnungen, um die physikalischen Gesetzmäßigkeiten hinter diesen Phänomenen vollständig zu erfassen. Das Team von der Humboldt-Universität zu Berlin hat mit seinen neuartigen Berechnungen einen wesentlichen Beitrag zu diesem Verständnis geleistet und könnte damit die zukünftige Forschung in der Gravitationswellenphysik prägen.
