Parametrische Frameworks für Gravitationstests durch Elektromagnetische Observationen von Schwarzen Löchern

• Antragsteller: Dr. Dimitry Ayzenberg, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510156288

Schwarze Löcher sind die gravitativ extremsten Objekte im Universum: sie haben die stärksten Gravitationsfelder und verursachen die größten Raumzeitkrümmungen. Dadurch sind Schwarze Löcher und ihre direkte Umgebung perfekt für das Studium und das Testen von Gravitation geeignet. Die elektromagnetische Emission der Akkretionsscheiben von schwarzen Löchern wird stark durch die Eigenschaften der Akkretionsscheibe selbst und auch der Raumzeit des schwarzen Loches beeinflusst, und ermöglicht deshalb sowohl die Erforschung der extremen Raumzeit in der direkten Umgebung von schwarzen Löchern, als auch Tests um festzustellen ob Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie die korrekte Beschreibung für Gravitation ist. Dieser Ansatz benötigt aber auch geeignete Methoden die uns erlauben zwischen modifizierten Gravitationstheorien und verschiedenen Modellen für Akkretionsscheiben zu unterscheiden, die bisher aber fehlen. Das Ziel dieses Projektes ist es ein parametrisches Framework zu entwickeln welches Gravitationstest durch elektromagnetische Observationen von Schwarzen Löchern erlaubt ohne große rechen- und zeitaufwändige Analysen zu benötigen. Existierende Analysemethoden basieren auf der Simulation von Observationen für jede spezifische modifizierte Gravitationstheorie, was aufgrund der großen Anzahl von modifizierten Theorien und dere Lösungen sehr ineffizient ist. Durch die Entwicklung eines parametrisches Framework welches die wichtigsten modifizierten Gravitationstheorien und deren Lösungen für schwarze Löcher abdeckt kann die Analyse dahingehend reduziert werden, dass nur noch die Parameter des Frameworks selbst anhand von Beobachtungsdaten eingeschränkt werden müssen. Diese Einschränkungen können dann direkt auf die Parameter der modifizierten Gravitationstheorien abgebildet werden die wir untersuche möchten. Ähnliche Frameworks wie das parametrische post-Newtonian und das parametrische post-Einsteinian Framework sind instrumental für Gravitationstest basierend auf Observationen in unserem Sonnensystem und auch bei der Entdeckung von Gravitationswellen gewesen. Zusätzlich werden wir ein weitere parametrisches Framework entwickeln welches Modifikationen zum etablierten „thin-disk“ Modell für die Akkretionsscheiben von Schwarzen Löchern abdeckt, und bauen dabei auf Arbeiten von Mir, meinen Kollaborateuren und Anderen auf. Durch die Kombination von beiden hier entwickelten Frameworks wird auch ein kombiniertes, parametrisches Framework entwickelt welches das gleichzeitige Testen von Gravitationstheorien und Akkretionsmodellen erlaubt. Alle Frameworks werden auf die momentan verfügbaren Datensätze von Observationen angewandt und es werden, abhängig von der Qualität der Daten, Einschränkungen für die Modifikationen der Allgemeinen Relativitätstheorie und des „thin-disk“ Modells formuliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China, Niederlande
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Cosimo Bambi; Dr. Victoria Grinberg