Svarta hål får universum att svänga

Astronomer går med spelkonsoler på Einsteins spår

© NASA / CXC
läsa högt

Enligt Albert Einsteins allmänna relativitetsteori avger alla accelererade massor gravitationsvågor som böjer rymd-tidsstrukturen. Problemet: Gravitationsvågor har aldrig upptäckts direkt. Bonn-forskare har nu tillhandahållit värdefull information om vilka energikällor i rymdastronomer kan fokusera på: svarta hål som cirklar i stjärnkluster nära varandra gör att deras simuleringar gör att universum vibrerar ordentligt.

Den allmänna relativitetsteorin säger att accelererade massor i rymden skapar störningar som sprider sig med ljusets hastighet som vågor: gravitationsvågor. Alla föremål i rummet är rytmiskt komprimerade och sträckta under denna vågrörelse. Astronomer installerar för närvarande ett världsomspännande nätverk av gravitationsvågdetektorer för att experimentellt bevisa Einsteins förutsägelse och få ytterligare insikter i rymden.

Att hitta "krusningar" i rymdtiden är extremt svårt. För när vågorna från otänkbart långtgående högenergikällor når jorden är de extremt svaga. Till exempel skulle ett kilometer långt objekt på jorden ändra dess längd med mindre än en protons diameter.

Teoretiker beräknar det till utövarna

För att den experimentella "Wave Fang" ska ha någon chans att lyckas hjälper teoretikerna ut bland astronomer. De försöker använda simuleringar för att identifiera källor i rymden som kan betraktas som sändare av gravitationsvågor.

Teamet som leds av professor Pavel Kroupa från Argelander Institute vid universitetet i Bonn har nu lyckats identifiera särskilt lovande kandidater. Sambaran Banerjee och Holger Baumgardt använde så kallade GPU: er för sina beräkningar, rapporterar tidskriften "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" (MNRAS). display

Grafiska bearbetningsenheter

Dessa "grafiska behandlingsenheter" utvecklades ursprungligen för grafiska framställningar av datorspel. De beräknar simuleringar flera hundra gånger snabbare än vanliga processorer och är också mycket billigare än konventionella superdatorer. Med dessa kraftfulla verktyg har forskarna kört de dynamiska processerna i stjärnkluster, som vanligtvis tar miljoner år, på datorn.

"Vi inkluderade rörelsen från varje enskild stjärna i ett stjärnkluster och gravitationskrafter för alla stjärnor i våra beräkningar, " förklarar Banjeree.

Oftare än förväntat utvecklades kulstjärnor från två svarta hål så småningom i stjärnklusterna. "Våra beräkningar visar att dessa roterande svarta hål är de dominerande källorna till gravitationsvågor", säger Kroupa. Denna insikt kommer att vara till stor hjälp för det framtida arbetet med detektorerna.

Inte varje stjärna hamnar i ett svart hål

I ett mycket ungt stjärnkluster liknar de stjärnobjekten ursprungligen varandra. Efter dynamiska processer under cirka 100 miljoner år skapas ett helt spektrum av mer exotiska objekt. En stjärna bränner stora mängder väte till helium under dess utveckling. Om bränslet vid något tillfälle används är det en enorm explosion - en supernova.

"Stjärnans massa beror på vidare utveckling", förklarar Baumgardt. Från mindre massiva stjärnor - som solen - uppstår så kallade vita dvärgar. Stjärnor med åtta till 20 stjärnmassor utvecklas till neutronstjärnor. Endast de mycket tunga stjärnorna blir svarta hål.

Svarta hål hittas

Särskilt tunga föremål i ett stjärnkluster faller alltid i centrum, samlas där och interagerar med varandra. Sannolikheten är hög att det finns två svarta hål som hittar och kretsar runt varandra, forskarna. Den enorma mängden energi som förloras i denna dans kommer i form av extremt starka gravitationsvågor - vågor som snart kan upptäckas på jorden.

(idw - University Bonn, 11.12.2009 - DLO)