Entstehung von Doppelsternen bestehend aus Neutronensternen bzw. Schwarzen Löchern und ihre Verschmelzungsraten im lokalen Universum

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Tauris
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231548287

Die erwartete Entdeckung von Gravitationswellen wird uns ein neues Fenster zum Universum öffnen und unser Verständnis astrophysikalischer Objekte, das bisher nur auf der Detektion von Photonen und Neutrinos beruht, vervollständigen. Der hochentwickelte LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) Detektor wird zusammen mit seinem europäischen Pendant VIRGO, und das deutsche Experiment GEO 600, ab 2014 mit Beobachtungen beginnen und im Jahr 2015 seine volle Sensitivität erreichen. Der vielversprechendste Kandidat für hochfrequente Gravitationswellen (10 Hz - 10 kHz) vorübergehender Ausbrüche ist das Verschmelzen von Neutronensternen (NS) und Schwarzen Löchern (SL). Diese äußerst kompakten Objekte entstehen in engen Doppelsternen und kommen durch kontinuierliche Abstrahlung von Gravitationswellen einander immer näher bis sie schließlich verschmelzen. Das Hauptziel unseres Projektes ist die Vorhersage theoretisch erwarteter Verschmelzungsrates von NS und SL unter Berücksichtigung der aktuellsten Erkenntnisse auf dem Gebiet der Einzel- und Doppelsternentwicklung. Diese Ergebnisse werden dann mit den von LIGO beobachteten Verschmelzungsraten verglichen und ermöglichen es uns somit die Physik in unseren Modellen zu verbessern. Ein zweites Ziel dieses Projektes ist es die Entstehung, die Positionen, die Eigenschaften und die Lebensdauern von recycelten Radiopulsaren, die um NS und SL in engen Doppelsternsystemen kreisen, besser zu verstehen und zu quantifizieren. Obwohl wir neun Radiopulsare kennen, die einen anderen NS umkreisen, gibt es immer noch keine Detektion eines Radiopulsars, der ein SL umkreist. Wir hoffen, dass wir mit diesem Projekt theoretisches Wissen über solche Systeme erlangen können, so dass die Erfolgschancen von Detektionen in zukünftigen Radio-Surveys erhöht werden. Ein recycelter Radiopulsar entsteht, wenn ein alter NS in einem engen Doppelsternsystem Masse und Drehimpuls von seinem Begleitstern akkretiert und dadurch seine Rotationsrate erhöht. Viele Aspekte dieses Massentransfers und der involvierten Akkretionsphysik sind nicht gut verstanden, spielen aber eine zentrale Rolle beim Recyceln von Radiopulsaren, d.h. beim Erhöhen der Rotationsraten und Verringern der Magnetfeldern, wodurch die Pulsare für Milliarden von Jahren detektierbar sind. Ein drittes Ergebnis dieser Studie ist daher die Verbesserung unseres Wissens über massereiche Röntgen-Doppelsterne. Um Populationen von kompakten Doppelsternen zu modellieren, wird die Entwicklung von eines großen Ensembles von Doppelsternen benötigt, damit sowohl die Anzahl beobachtbarer Radiopulsare, die NS und SL umkreisen, als auch die Detektionsraten von Verschmelzungsprozessen im LIGO Detektor vorhergesagt werden können. Um diese Ziele zu erreichen, nutzen wir fortschrittliche Populationssynthesetechniken mit Monte Carlo Simulationen und erforschen zum ersten Mal neue Aspekte der Entwicklung von massereichen Doppelsternen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen