GROOVHY: Gravitationsstrahlung aus der hyperbolischen Verschmelzung von Schwarzen Löchern

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastiano Bernuzzi
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523180871

Beobachtungen von Gravitationswellen binärer Schwarzer Löcher (BBH) begannen im Jahr 2015 und führten zu beispiellosen Tests der Physik Schwarzer Löcher und der starken Gravitation im Hochfrequenzbereich. Sie enthüllten die Existenz einer vielfältigen Population stellarer BBH, die verspricht, den astrophysikalischen Ursprung dieser Doppelsterne zu klären und gleichzeitig die von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagte Dynamik der Doppelsterne zu erforschen. Hyperbolische BBH-Verschmelzungen, d.h. Doppelsterne auf Newtonschen hyperbolischen oder parabolischen Umlaufbahnen, die durch die Emission von Gravitationsstrahlung gebunden werden, sind eine der offenen Herausforderungen in der Gravitationswellenastronomie. Die Entdeckung dieser Ereignisse kann ein entscheidender Faktor für astrophysikalische Untersuchungen der Entstehung und Dynamik Schwarzer Löcher in Galaxienkernen und Galaxienhaufen hoher Dichte sein. Die wichtigste Voraussetzung für diese BBH-Beobachtungen ist die Verfügbarkeit von genauen Wellenformvorlagen, die auch das Fusionsregime einschließen, welche derzeit noch fehlen. Das Ziel von GROOVHY ist es, das erste zuverlässige und einsatzbereite Gravitationswellenmodell für den Nachweis und die Parameterschätzung von hyperbolischen Verschmelzungen Schwarzer Löcher zu entwickeln. Das Projekt wurde durch die Beobachtung von GW190521 ausgelöst, einem Kandidaten für die erste Entdeckung einer dynamischen Begegnung, und befasst sich rechtzeitig mit einem offenen Problem bei der Wellenformmodellierung in Vorbereitung auf die große Anzahl von Gravitationswellen-Transienten, die in naher Zukunft erwartet werden. GROOVHY entwickelt und kombiniert einen effektiven Ein-Körper-Ansatz für die Zweikörper-Dynamik mit neuen numerischen Relativitäts- und Testmassen-Störungssimulationen, um eine solide Vorhersage der Fusionswellenform aus Streuung, Mehrfachbegegnungen und Zoom-Wirbeln sowie direkten Einfangereignissen zu erhalten. GROOVHY erforscht auch die vollständige Bayes'sche Schlussfolgerung von hyperbolischen Fusionsereignissen, um zu zeigen, dass es bereit für angepasste Filterungsanalysen ist. GROOVHY eröffnet eine neue Forschungslinie im Rahmen unserer derzeitigen Bemühungen um die Modellierung von Wellenformen und nutzt das einzigartige interne Fachwissen in den Bereichen numerische Relativitätstheorie, Störungstheorie, analytische Relativitätstheorie und Bayes'sche Datenanalyse. Das Projekt geht von den jüngsten Durchbrüchen bei der analytischen Modellierung hyperbolischer Verschmelzungen aus und stützt sich auf modernste Techniken, die in Jena als Teil der seit langem laufenden Arbeiten zur numerischen allgemeinen Relativitätstheorie entwickelt wurden. Die erwarteten Fortschritte auf dem Gebiet der Wellenformmodellierung werden dank der Beteiligung des Teams an den Aktivitäten von LIGO-Virgo-Kagra und LISA optimal genutzt werden. Das Projekt wird somit die nationale und internationale Forschung auf höchstem Niveau unterstützen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien, Spanien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. José Antonio Font; Professorin Dr. Michela Mapelli; Dr. Alessandro Nagar