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GRAVITATIONSWELLEN

Weiteres Signal von Neutronensternen?



Einem Team vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik könnte es gelungen sein, in öffentlich verfügbaren Archivdaten des Gravitationswellendetektors LIGO ein weiteres Signal der Kollision von zwei Neutronensternen aufzuspüren. Für die Suche kombinierten sie die Daten mit Messungen des Gammastrahlenteleskops Fermi. Sicher ist die Entdeckung allerdings nicht.





Gravitationswellen, die von zwei einander umkreisenden Neutronensternen erzeugt werden. [ Gravitationswellen, die von zwei einander umkreisenden Neutronensternen erzeugt werden. [ Großansicht

Forscher des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) in Hannover haben eine neue Suche nach Verschmelzungen von Neutronensternpaaren entwickelt und implementiert. Diese ist für solche Ereignisse optimiert, die nur schwache Gravitationswellen- und Gammastrahlensignale erzeugen und daher bei Betrachtung nur einer Signalart übersehen werden können. Mit der neuen Methode erhöhen sich die Chancen, diese Ereignisse zu finden, um bis zu 70 Prozent.

Die Wissenschaftler testeten ihre Methode mit öffentlich verfügbaren Archivdaten des ersten Beobachtungslaufs (O1) von LIGO und Archivdaten aus des NASA-Weltraumteleskops Fermi. Sie identifizierten einen potenziellen Kandidaten einer Neutronensternverschmelzung, der mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 4 astrophysikalischen Ursprungs ist.

GW170817, die erste Beobachtung von Gravitationswellen einer Neutronensternverschmelzung machte aus einem relativ unscheinbaren Gammastrahlenblitz eines der am besten untersuchten astronomischen Ereignisse aller Zeiten. Es führte zu einem besseren Verständnis der Physik von Neutronensternkollisionen, der Häufigkeit dieser Ereignisse im Universum und des Ursprungs schwerer Elemente. "Die Entdeckung von GW170817 zeigte, dass es möglich ist, Gravitationswellen zusammen mit schwachen Gammastrahlenblitzen zu finden. Unser Ziel ist es, gerade die Neutronensternverschmelzungen zu finden, die keine starken Gravitationswellen- oder Gammastrahlensignale erzeugen", erklärt Dr. Alex Nitz, Forscher in der Abteilung Beobachtungsbasierte Relativität und Kosmologie am Albert-Einstein-Institut.

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"Mit unserer Methode finden wir einen möglichen Kandidaten während O1, dem ersten Beobachtungslauf von Advanced LIGO. Dieser Kandidat ist mit einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 4 echt. Falls das der Falls ist, wäre es die am weitesten entfernte Verschmelzung von Neutronensternen, die mit Gravitations- und elektromagnetischen Wellen beobachtet wurde," so Nitz.

Die AEI-Forscher haben bereits den ersten offenen Gravitationswellenkatalog von Verschmelzungen kompakter Objekte publiziert, aus dem sie nun schwache Kandidaten auswählten, die wie Neutronensternverschmelzungen aussahen. Ebenso identifizierten sie mögliche schwache Gammastrahlenblitze in Daten des Gamma-ray-Burst-Monitors an Bord des Weltraumteleskops Fermi. Durch die Kombination dieser beiden Beobachtungslisten und die Forderung, dass einem Gravitationswellensignal innerhalb von 3,4 Sekunden ein Gammastrahlenblitz folgt, identifizierten die Wissenschaftler einen potenziellen Kandidaten. Seine Himmelsposition ist konsistent mit beiden Beobachtungen.

Unter Berücksichtigung der geschätzten Häufigkeit dieser Ereignisse und der Beobachtungszeit in O1, in der beide LIGO-Instrumente Daten aufnahmen, bestimmten sie die Wahrscheinlichkeit, dass der Kandidat real ist zu 1 zu 4. Falls der Kandidat bestätigt wird, wäre das Signal die am weitesten entfernte Verschmelzung von zwei Neutronensternen, die mit Gravitations- und elektromagnetischen Wellen beobachtet wurde. Die Forscher bestimmten den Abstand zu 330 Millionen Lichtjahren bis 1 Milliarde Lichtjahren. GW170817 war etwa 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.

Ihre Untersuchung soll in einer Fachzeitschrift publiziert werden und steht aktuell als Preprint zur Verfügung.