TRR 7: Gravitationswellenastronomie: Methoden - Quellen - Beobachtungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Thema “Gravitationswellenastronomie” steht für das ehrgeizige Forschungsvorhaben, die bisherige, auf der Analyse elektromagnetischer Strahlung basierende Astronomie durch die Untersuchung kosmischer Gravitationswellensignale zu bereichern und damit eine weitere fundamentale Naturkraft für die astronomische Beobachtung nutzbar zu machen. Dieses neue Fenster zum Universum wird bald ganz erheblich zum Verständnis so wichtiger kosmischer Phänomene wie Supernovaexplosionen, Verschmelzen massiver Doppelsterne oder Kollaps zum Schwarzen Loch beitragen und viele der damit verbundenen physikalischen Prozesse überhaupt erst verständlich machen. Gravitationswellenastronomie ist ein Teilbereich der Einsteinschen Gravitationstheorie, der Allgemeinen Relativitätstheorie, die sich bei ihren Anwendungen in Astrophysik, Kosmologie, Himmelsmechanik und Astronomie bestens bewährt hat. Das zentrale Anliegen des Sonderforschungsbereiches/Transregio 7 (SFB/TR7) war das theoretische und experimentelle Studium der Gravitationswellen und ihrer kosmologischen Quellen. Der SFB/TR7 spielte international eine führende Rolle bei den großen theoretischen Anstrengungen, die die experimentelle Entwicklung zwangsläufig begleiten müssen. In die vom Experiment benötigte Voraussage der Signalformen gehen die physikalischen Modelle der kosmischen Gravitationstrahlungsquellen ein und ermöglichen die Suche nach den Signalen im Rauschen der Detektoren. Andererseits müssen aus den empfangenen Signalen Rückschlüsse auf die Physik der kosmischen Quellen erarbeitet werden. Beides setzt eine enge Zusammenarbeit von theoretischen Physikern und Experimentalphysikern voraus und begründet die Notwendigkeit einer effizienten “Scientific Community” im Umkreis der Gravitationswellendetektoren. Die direkte Registrierung von Gravitationswellensignalen stellt höchste Anforderungen an die experimentelle Technik und ist bisher noch nicht gelungen. Der SFB/TR7 war für das wissenschaftliche Umfeld, nicht aber für die Finanzierung von Gravitavitionswellendetektoren konzipiert worden angesichts der Tatsache, dass solche Detektoren im Rahmen existierender internationaler Kollaborationen geplant und realisiert wurden, insbesondere die großen Laser-Interferometer LIGO (USA), VIRGO (Italien/Frankreich), GEO600 (Deutschland/Großbritannien) und TAMA (Japan). Die Arbeit des SFB/TR7 war von 2003-2014 eng verbunden mit der ersten Detektorgeneration, inbesondere GEO600 und LISA. Darüber hinaus wurden im SFB/TR7 wichtige Beiträge zu Wissenschaft und Technologie der zweiten, und sogar der dritten Generation von Gravitationswellendetektoren geleistet. Somit wurde zum Auslaufen des SFB/TR7 Ende 2014 der Grundstein für die Gravitationswellenastronomie mit Advanced LIGO und VIRGO gelegt, die 2015 und 2016 den Betrieb aufnehmen werden. Basierend auf der prognostizierten, um ein Vielfaches höheren Empfindlichkeit der neuen Detektoren ist mit dem ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen innerhalb der nächsten drei bis fünf Jahre zu rechnen. Zur Realisierung des Forschungszieles arbeiteten experimentelle und theoretische Physiker, Astrophysiker und Mathematiker der Universitäten Jena, Tübingen und Hannover sowie der Max-Planck-Institute für Gravitationsphysik in Potsdam/Hannover und für Astrophysik in Garching eng zusammen. Der SFB/TR7 hat sein Ziel erreicht, in Deutschland eine Scientific Community aufzubauen, die zu den internationalen Anstrengungen erfolgreich beitragen und auch von ihnen profitieren kann. Die koordinierte Zusammenarbeit von 80 Wissenschaftlern (davon circa 30 Stellen durch den SFB/TR7 geschaffen) hatte einen sehr positiven Effekt auf den wissenschaftlichen Nachwuchs in Deutschland. Sie ermöglichte den deutschen Universitäten, Spitzenkräfte für das attraktive und erfolgversprechende Gebiet der Gravitationsphysik und speziell der Relativistischen Astrophysik auszubilden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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E. Müller, M. Rampp, R. Buras, H.-Th. Janka, and D. H. Shoemaker
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R. Meinel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0264-9381/23/4/016) - Torus formation in neutron star mergers and well-localized short gamma-ray bursts, Mon. Not. R. Astron. Soc. 368, 1489 (2006)
R. Oechslin and H.-Th. Janka
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/j.1365-2966.2006.10238.x) - Generic gravitational wave signals from the collapse of rotating stellar cores, Phys. Rev. Lett. 98, 251101 (2007)
H. Dimmelmeier, C. Ott, H.-Th. Janka, A. Marek, and E. Müller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.251101) - Gravitational waves from relativistic neutron star mergers with microphysical equations of state, Phys. Rev. Lett. 99, 121102 (2007).
R. Oechslin and H.-Th. Janka
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J. A. Gonzalez, U. Sperhake, B. Brügmann, M. Hannam and S. Husa
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P. Ajith, S. Babak, Y. Chen, M. Hewitson, B. Krishnan, A. M. Sintes, J. T. Whelan, B. Brügmann, P. Diener, N. Dorband, J. A. Gonzalez, M. Hannam, S. Husa, D. Pollney, L. Rezzolla, L. Santamar´ıa, U. Sperhake, and J. Thornburg
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.77.104017) - Calibration of Moving Puncture Simulations, Phys. Rev. D77, 024027 (2008)
B. Brügmann, J. A. Gonzalez, M. Hannam, S. Husa, U. Sperhake and W. Tichy
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T. Damour, P. Jaranowski, and G. Schäfer
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I. Martin, H. Armandula, C. Comtet, M. M. Fejer, A. Gretarsson, G. Harry, J. Hough, J. M. M. Mackowski, I. MacLaren, C. Michel, J. L. Montorio, N. Morgado, R. Nawrodt, S. Penn, S. Reid, A. Remillieux, R. Route, S. Rowan, C. Schwarz, P. Seidel, W. Vodel, A. Zimmer
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C. Reisswig, N. T. Bishop, D. Pollney, and B. Szilagyi
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V. Hambaryan, R. Neuäuser and K. D. Kokkotas (Eds.)
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V. Hambaryan, V. Suleimanov, A. D. Schwope, R. Neuhäuser, K. Werner, A. Y. Potekhin
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S. Kroker, F. Brückner, E.-B. Kley, A. Tünnermann
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L. Rezzolla, B. Giacomazzo, L. Baiotti, J. Granot, C. Kouveliotou, and M. A. Aloy
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D. Friedrich, B. W. Barr, F. Brückner, S. Hild, J. Nelson, J. Mcarthur, M. V. Plissi, M. P. Edgar, S. H. Huttner, B. Sorazu, S. Kroker, M. Britzger, E.-B. Kley, K. Danzmann, A. T. K. A. Strain, and R. Schnabel.unnermann, K. A. Strain, and R. Schnabel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1364/OE.19.014955) - Accuracy of numerical relativity waveforms from binary neutron star mergers and their comparison with post-Newtonian waveforms, Phys. Rev. D 85, 104030 (2012)
S. Bernuzzi, M. Thierfelder and B. Brügmann
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A. Bauswein, H.-Th. Janka, K. Hebeler, A. Schwenk
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P. Amaro-Seoane, S. Aoudia, S. Babak, P. Bin´etruy, E. Berti, A. Boh´e, C. Caprini, M. Colpi, N. J. Cornish, K. Danzmann, J.-F. Dufaux, J. Gair, O. Jennrich, P. Jetzer, A. Klein, R. N. Lang, A. Lobo, T. Littenberg, S. T. McWilliams, G. Nelemans, A. Petiteau, E. K. Porter, B. F. Schutz, A. Sesana, R. Stebbins, T. Sumner, M. Vallisneri, S. Vitale, M. Volonteri, H. Ward
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P. Moesta, D. Alic, L. Rezzolla, O. Zanotti, and C. Palenzuela
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E. Müller, H.-Th. Janka, and A. Wongwathanarat
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D. Heinert, S. Kroker, D. Friedrich, S. Hild, E.-B. Kley, S. Leavey, I. W. Martin, R. Nawrodt, A. Tünnermann, S. P. Vyatchanin and K. Yamamoto
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H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky and H. Vahlbruch
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S. Kroker, T. Käsebier, S. Steiner, E.-B. Kley, A. T¨ unnermann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4802883) - Indication for dominating surface absorption in crystalline silicon test masses at 1550 nm, Class. Quantum Grav. 30, 165001 (2013)
A. Khalaidovski, J. Steinlechner, R. Schnabel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0264-9381/30/16/165001) - Investigation of mechanical losses of thin silicon flexures at low temperatures, Class. Quantum Grav. 30, 115008 (2013)
R. Nawrodt, C. Schwarz, S. Kroker, I. W. Martin, R. Bassiri, F. Br¨ uckner, L. Cunningham, G. D. Hammond, D. Heinert, J. Hough, T. K¨asebier, E.-B. Kley, R. Neubert, S. Reid, S. Rowan, P. Seidel, A. T¨
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0264-9381/30/11/115008) - Axisymmetric fully spectral code for hyperbolic equations, J. Comput. Phys. 276, 357 (2014)
R. P. Macedo and M. Ansorg
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jcp.2014.07.040) - Coherent cancellation of backaction noise in optomechanical force measurements, Phys. Rev. A 89, 053836 (2014)
M. H. Wimmer, D. Steinmeyer, K. Hammerer, and M. Heurs
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevA.89.053836) - Nonlocal-in-time action for the fourth post-Newtonian conservative dynamics of two-body systems, Phys. Rev. D 89, 064058 (2014)
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D. Keitel, R. Prix, M. A. Papa, P. Leaci and M. Siddiqi
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevD.89.064023)
