Im Februar 2016 haben Wissenschaftler des Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatoriums (LIGO) Geschichte geschrieben, als sie die erste Detektion von Gravitationswellen ankündigten. Seit dieser Zeit hat das Studium der Gravitationswellen erhebliche Fortschritte gemacht und neue Möglichkeiten für das Studium des Universums und der Gesetze, die es regeln, eröffnet.
Ein Team der Universität Frankurt am Main hat kürzlich gezeigt, wie mithilfe von Gravitationswellen bestimmt werden kann, wie massereich Neutronensterne werden können, bevor sie in schwarze Löcher fallen. Dies ist ein Rätsel geblieben, seit Neutronensterne in den 1960er Jahren entdeckt wurden. Und mit einer jetzt festgelegten oberen Massengrenze können Wissenschaftler ein besseres Verständnis dafür entwickeln, wie sich Materie unter extremen Bedingungen verhält.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt, erschien kürzlich in der Fachzeitschrift Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe unter dem Titel „Mit Gravitationswellenbeobachtungen und quasi-universellen Beziehungen die maximale Masse von Neutronensternen einschränken“. Die Studie wurde von Luciano Rezzolla, Lehrstuhl für Theoretische Astrophysik und Direktor des Instituts für Theoretische Physik an der Universität Frankfurt, mit Unterstützung seiner Studenten Elias Most und Lukas Wei geleitet.
Für ihre Studie berücksichtigte das Team die jüngsten Beobachtungen des Gravitationswellenereignisses GW170817. Dieses Ereignis, das am 17. August 2017 stattfand, war die sechste Gravitationswelle, die vom Laserinterferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) und vom Virgo-Observatorium entdeckt wurde. Im Gegensatz zu früheren Ereignissen war dieses Ereignis insofern einzigartig, als es durch die Kollision und Explosion zweier Neutronensterne verursacht zu werden schien.
Und während andere Ereignisse in Entfernungen von etwa einer Milliarde Lichtjahren auftraten, fand GW170817 nur 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt statt, was eine schnelle Erkennung und Forschung ermöglichte. Basierend auf der Modellierung, die Monate nach dem Ereignis durchgeführt wurde (und unter Verwendung von Daten, die vom Chandra-Röntgenobservatorium erhalten wurden), schien die Kollision ein Schwarzes Loch als Überrest hinterlassen zu haben.
Das Team verfolgte für seine Studie auch einen „Universal Relations“ -Ansatz, der vor einigen Jahren von Forschern der Universität Frankfurt entwickelt wurde. Dieser Ansatz impliziert, dass alle Neutronensterne ähnliche Eigenschaften haben, die in dimensionslosen Größen ausgedrückt werden können. In Kombination mit den GW-Daten kamen sie zu dem Schluss, dass die maximale Masse nicht rotierender Neutronensterne 2,16 Sonnenmassen nicht überschreiten darf.
Wie Professor Rezzolla in einer Pressemitteilung der Universität Frankfurt erklärte:
„Das Schöne an der theoretischen Forschung ist, dass sie Vorhersagen treffen kann. Die Theorie braucht jedoch dringend Experimente, um einige ihrer Unsicherheiten einzugrenzen. Es ist daher bemerkenswert, dass die Beobachtung einer einzelnen binären Neutronensternfusion, die Millionen von Lichtjahren entfernt stattfand, in Kombination mit den universellen Beziehungen, die durch unsere theoretische Arbeit entdeckt wurden, es uns ermöglicht hat, ein Rätsel zu lösen, über das in der Vergangenheit so viele Spekulationen stattgefunden haben. "
Diese Studie ist ein gutes Beispiel dafür, wie theoretische und experimentelle Forschung zusammenfallen können, um bessere Modelle und Vorhersagen zu erstellen. Einige Tage nach Veröffentlichung ihrer Studie bestätigten Forschungsgruppen aus den USA und Japan die Ergebnisse unabhängig voneinander. Ebenso signifikant bestätigten diese Forschungsteams die Studienergebnisse mit unterschiedlichen Ansätzen und Techniken.
In Zukunft wird erwartet, dass die Gravitationswellenastronomie viel mehr Ereignisse beobachtet. Und mit verbesserten Methoden und genaueren Modellen werden Astronomen wahrscheinlich noch mehr über die mysteriösesten und mächtigsten Kräfte in unserem Universum erfahren.
