Wenn es um die vielen Geheimnisse des Universums geht, ist eine spezielle Kategorie den Schwarzen Löchern vorbehalten. Da sie für das bloße Auge unsichtbar sind, bleiben sie sichtbar unentdeckt, und Wissenschaftler müssen sich darauf verlassen, die Auswirkungen ihrer intensiven Schwerkraft auf nahegelegene Sterne und Gaswolken zu „sehen“, um sie zu untersuchen.
Das könnte sich dank eines Teams der Cardiff University bald ändern. Hier haben Forscher einen Durchbruch erzielt, der Wissenschaftlern helfen könnte, Hunderte von Schwarzen Löchern im gesamten Universum zu entdecken.
Unter der Leitung von Dr. Mark Hannam von der Fakultät für Physik und Astronomie haben die Forscher ein theoretisches Modell erstellt, das darauf abzielt, alle potenziellen Gravitationswellensignale vorherzusagen, die von Wissenschaftlern gefunden werden könnten, die mit den Detektoren des Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatoriums (LIGO) arbeiten .
Diese Detektoren, die wie Mikrofone wirken, sollen Reste von Kollisionen mit Schwarzen Löchern suchen. Wenn sie eingeschaltet sind, hofft das Cardiff-Team, dass ihre Forschung als eine Art „Spotter-Leitfaden“ fungiert und Wissenschaftlern hilft, die schwachen Wellen von Kollisionen - bekannt als Gravitationswellen - zu erfassen, die vor Millionen von Jahren stattgefunden haben.
Das Cardiff-Team besteht aus Postdoktoranden, Doktoranden und Mitarbeitern von Universitäten in Europa und den USA und wird mit Wissenschaftlern auf der ganzen Welt zusammenarbeiten, um die Ursprünge des Universums aufzudecken.
"Das schnelle Drehen von Schwarzen Löchern führt dazu, dass die Umlaufbahnen wackeln, genau wie das letzte Wackeln eines Kreisels, bevor er umfällt", sagte Hannam. „Diese Wackelbewegungen können dazu führen, dass die Schwarzen Löcher wilde Pfade umeinander herum verfolgen, was zu äußerst komplizierten Gravitationswellensignalen führt. Unser Modell soll dieses Verhalten vorhersagen und Wissenschaftlern helfen, die Signale in den Detektordaten zu finden. “
Das neue Modell wurde bereits in die Computercodes programmiert, mit denen sich LIGO-Wissenschaftler auf der ganzen Welt auf die Suche nach Fusionen von Schwarzen Löchern vorbereiten, wenn sich die Detektoren einschalten.
Dr. Hannam fügte hinzu: „Manchmal sehen die Umlaufbahnen dieser sich drehenden Schwarzen Löcher völlig verwirrt aus, wie ein Fadenball. Aber wenn Sie sich vorstellen, mit den Schwarzen Löchern herumzuwirbeln, sieht alles viel klarer aus, und wir können Gleichungen aufschreiben, um zu beschreiben, was passiert. Es ist, als würde man einem Kind bei einer Fahrt mit einem sich schnell drehenden Vergnügungspark zuschauen und anscheinend mit den Händen herumwedeln. An den Seitenlinien ist es unmöglich zu sagen, was sie tun. Aber wenn du neben ihnen sitzt, sitzen sie vielleicht vollkommen still und geben dir nur die Daumen hoch. “
Aber natürlich gibt es noch viel zu tun: "Bisher haben wir diese Präzessionseffekte nur berücksichtigt, während sich die Schwarzen Löcher aufeinander zu drehen", sagte Dr. Hannam. "Wir müssen immer noch genau das tun, was die Spins tun, wenn die Schwarzen Löcher kollidieren."
Dazu müssen sie große Computersimulationen durchführen, um Einsteins Gleichungen für die Momente vor und nach der Kollision zu lösen. Sie müssen auch viele Simulationen erstellen, um genügend Kombinationen von Schwarzlochmassen und Spinrichtungen zu erfassen, um das Gesamtverhalten dieser komplizierten Systeme zu verstehen.
Außerdem ist die Zeit für das Cardiff-Team etwas begrenzt. Sobald die Detektoren eingeschaltet sind, ist es nur eine Frage der Zeit, bis die ersten Gravitationswellendetektionen durchgeführt werden. Die Berechnungen, die Dr. Hannam und seine Kollegen erstellen, müssen rechtzeitig fertig sein, wenn sie das Beste daraus machen wollen.
Aber Dr. Hannam ist optimistisch. "Jahrelang waren wir ratlos darüber, wie wir die Bewegung des Schwarzen Lochs entwirren können", sagte er. "Nachdem wir das gelöst haben, wissen wir, was als nächstes zu tun ist."
