Relativistic Hydrodynamics
Luciano Rezzolla, Olindo Zanotti: Relativistic Hydrodynamics, Oxford university Press, Oxford 2013, 735 S., geb., 67,00 Euro, ISBN 9780198528906
Luciano Rezzolla, Olindo Zanotti
Am 25. November 1915 veröffentlichte Albert Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie (ART). Mit der Periheldrehung des Merkur, der von Sir Arthur Eddington präsentierten Ablenkung des Lichts durch die Masse der Sonne sowie der Gravitationsrotverschiebung folgten schon bald experimentelle Nachweise. Jetzt, fast hundert Jahre später, konzentriert sich die Suche auf den Nachweis von Gravitationswellen. Deren Amplituden sind derart klein, dass eine Messung erst bei astronomischen Ereignissen wie der Kollision von Schwarzen Löchern und Neutronensternen möglich wird.
Um mehr über die Eigenschaften der Gravitationswellen zu erfahren und den Experimentatoren bei der Suche zu helfen, werden Wellenformen und Amplituden durch numerische Simulationen berechnet. Die dafür nötigen Methoden der numerischen Relativistischen Hydrodynamik (RHD) sind im vorliegenden Buch ausführlich diskutiert. Dieses beginnt mit einer kompakten Einführung in die ART, gefolgt von der Hydrodynamik als kinetische Theorie sowie der RHD perfekter Flüssigkeiten und den Grundlagen (nicht-) linearer hydrodynamischer Wellen und Schockfronten. Den Abschluss bildet ein, in Lehrbüchern selten diskutiertes, Kapitel der RHD nicht-perfekter Flüssigkeiten.
Der zweite Teil des Buches behandelt das Kompendium der numerischen Methoden: Auf die Darstellung der 3+1-Zerlegung, die erst numerische Lösungen der ART ermöglicht, folgen Kapitel zur Lösung der Gleichungen der RHD: Methoden finiter Differenzen, High Resolution Shock Capturing und finite Methoden höherer Ordnung.
Der faszinierendste Abschnitt des Buches ist der dritte Teil, der die wichtigsten Anwendungen der RHD der letzten Jahre vorstellt. Das erste Kapitel befasst sich mit Eigenschaften von kompakter Materie in konstanten Gravitationsfeldern. Darin werden z. B. die Schwingungsmoden von Neutronensternen, relativistischer Schockfronten, Akkretionsscheiben und Jet Streams vorgestellt. Das nächste Kapitel behandelt die RHD selbstgravitierender Flüssigkeiten. Diskutiert werden Eigenschaften rotierender Sterne, Gravastars, Gravitationswellen kollabierender Neutronensterne, sowie ein in sich spiralierendes Doppelsternsystem zweier Neutronensterne.
Den Autoren ist ein wunderbares Lehrbuch gelungen, das dennoch Platz für mehr lässt, z. B. der Physik der RMHD und des Strahlungstransports zur Beschreibung von Gamma-Ray-Bursts.
Dr. Thorsten Kellermann, München
