Gesucht: kontinuierliche Gravitationswellen von Neutronensternen

Eine dauerhafte unabhängige Max-Planck-Forschungs­gruppe unter der Leitung von Ales­sandra Papa ist am MPI für Gravi­ta­tions­physik, Albert-Einstein-Institut in Hannover ein­ge­richtet worden. Das Haupt­ziel der Arbeits­gruppe „Suchen nach konti­nuier­lichen Gravi­ta­tions­wellen“ ist der erste direkte Nach­weis der von schnell rotie­renden Neutronen­sternen aus­ge­strahlten Gravi­ta­tions­wellen. Diese Gruppe ist die größte welt­weit, die sich diesem Thema widmet, und sie führt die empfind­lich­sten Suchen nach dieser Art von Gravi­ta­tions­wellen mit dem ver­teilten frei­wil­ligen Rechen­projekt Einstein@Home durch. Ergänzend zur dauer­haften Grund­finan­zie­rung erhält die Gruppe zusätz­liche Förder­mittel in den ersten fünf Jahren.

„Mit den ersten direkten Nachweisen der Gravi­ta­tions­wellen von ver­schmel­zenden Paaren schwarzer Löcher und Neutronen­sternen haben wir die ersten Schritte in neues astro­physi­ka­lisches Terri­torium gemacht“, sagt Papa. „Aber ein großer Teil dieses neuen Konti­nents ist noch nicht kartiert. Während wir wissen, dass es rund hundert Millionen ein­zelne Neutronen­sterne in unserer Galaxie gibt, haben wir bis­lang nur etwa drei­tausend von Ihnen identi­fi­ziert. Wir wollen diese mehr­heit­lich unsicht­bare Popula­tion durch den Nach­weis ihrer konti­nuier­lichen Gravita­tions­wellen­abstrah­lung auf­spüren.“

Die Art von Gravitationswellen, die einzelne Neutronen­sterne aus­strahlen, unter­scheidet sich stark von den bereits nach­ge­wiesenen Signalen. Schnell rotie­rende Neutronen­sterne können deut­lich schwächere, aber sehr viel länger andauernde Gravita­tions­wellen aus­strahlen. Diese Wellen zu finden, ist sehr schwierig und durch die für die Suche ver­füg­bare Rechen­leistung begrenzt. Das liegt daran, dass viele Unbe­annte in großen Bereiche gesucht werden müssen: die Himmels­posi­tion des Sterns, seine Rota­tions­frequenz und seine für die Gravita­tions­wellen­abstrah­lung ver­ant­wort­liche Ver­formung. Das frei­willige ver­teilte Rechen­projekt Einstein@Home trägt den Haupt­teil der für die hoch­modernen Such­methoden erforder­liche Rechen­leistung bei.

Die internationale Gruppe von mehr als 15 Wissen­schaftlern ist Teil der LIGO Scien­tific Colla­bo­ra­tion und imple­men­tiert die empfind­lich­sten Suchen nach konti­nuier­lichen Gravita­tions­wellen von schnell rotie­renden Neutronen­sternen. „Mit dem Nach­weis von konti­nuier­lichen Gravita­tions­wellen werden wir diese extremen Sterne durch einen voll­kommen neuen physi­ka­lischen Mecha­nismus beob­achten“, so Papa. „Damit erhalten wir neue Informa­tionen über ihren unbe­kannten inneren Aufbau, ihre Zusammen­setzung und ihre Ent­stehungs­geschichte.“

AEI / RK