{"id":82438,"date":"2025-02-06T11:48:01","date_gmt":"2025-02-06T10:48:01","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=82438"},"modified":"2025-02-06T15:15:18","modified_gmt":"2025-02-06T14:15:18","slug":"stimmgabeln-im-all-wie-reine-toene-das-innere-von-neutronensternen-enthuellen-koennen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/stimmgabeln-im-all-wie-reine-toene-das-innere-von-neutronensternen-enthuellen-koennen\/","title":{"rendered":"Stimmgabeln im All: Wie reine \u201eT\u00f6ne\u201c das Innere von Neutronensternen enth\u00fcllen k\u00f6nnen"},"content":{"rendered":"<p><strong>Wissenschaftler der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt haben eine neue Methode entwickelt, um das Innere von Neutronensternen mithilfe von bei Kollisionen entstehenden Gravitationswellen zu untersuchen. Durch die Analyse der \u201elangen Abklingphase\u201c \u2013 eines reinen Signals, das vom \u00dcberrest der Neutronenstern-Kollision ausgesendet wird \u2013 haben sie eine starke Korrelation zwischen den Eigenschaften dieses Signals und der Zustandsgleichung von Neutronensternmaterie entdeckt. Die Ergebnisse wurden k\u00fcrzlich in Nature Communications ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image aligncenter size-full\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"650\" height=\"450\" src=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2025\/02\/beitragsbild_TuningForkSpace.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-82419\" srcset=\"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2025\/02\/beitragsbild_TuningForkSpace.jpg 650w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2025\/02\/beitragsbild_TuningForkSpace-300x208.jpg 300w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2025\/02\/beitragsbild_TuningForkSpace-500x346.jpg 500w, https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/wp-content\/uploads\/2025\/02\/beitragsbild_TuningForkSpace-18x12.jpg 18w\" sizes=\"(max-width: 650px) 100vw, 650px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Das von zwei verschmelzenden Neutronensternen ausgesandte Signal \u00e4hnelt dem einer Stimmgabel (Bild: L. Rezzolla\/pixabay).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p>Neutronensterne geh\u00f6ren aufgrund ihrer riesigen Masse und zugleich geringen Gr\u00f6\u00dfe zu den faszinierendsten astrophysikalischen Objekten, die wir kennen. Doch aufgrund der extremen Bedingungen in ihrem Inneren sind ihre Zusammensetzung und Struktur weitgehend unbekannt. Die Kollision zweier Neutronensterne, wie sie 2017 beobachtet wurde, bietet eine einzigartige Gelegenheit, dieses R\u00e4tsel zu entschl\u00fcsseln. W\u00e4hrend sich Neutronensterne in Bin\u00e4rsystemen \u00fcber Millionen von Jahren spiralf\u00f6rmig ann\u00e4hern, senden sie Gravitationswellen aus. Doch die intensivste Strahlung tritt w\u00e4hrend und in den ersten Millisekunden nach ihrer Verschmelzung auf. Das dabei entstehende Objekt \u2013 ein massereiches, schnell rotierendes Gebilde \u2013 verursacht Gravitationswellen in einem starken, aber schmalen Frequenzbereich. Dieses Signal enth\u00e4lt entscheidende Informationen \u00fcber die sogenannte Zustandsgleichung der Kernmaterie, die beschreibt, wie sich Materie bei extremer Dichte und Druck verh\u00e4lt.\u00a0<\/p>\n\n\n\n<p>Die Forschungsgruppe von Prof. Luciano Rezzolla an der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt hat nun entdeckt, dass die Amplitude des Gravitationswellensignals nach der Verschmelzung zwar mit der Zeit abnimmt, es aber gleichzeitig immer reiner wird \u2013 das hei\u00dft, es tendiert immer st\u00e4rker zu einer einzigen Frequenz, \u00e4hnlich wie eine riesige Stimmgabel, die nach einem Schlag nachklingt. Diese Phase haben sie als \u201elanges Abklingen\u201c (long ringdown) bezeichnet und eine enge Verbindung zwischen ihrer Eigenschaften und den dichtesten Regionen in Neutronensternkernen identifiziert.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>\u201eGenauso wie Stimmgabeln aus verschiedenen Materialien unterschiedliche T\u00f6ne erzeugen, klingen auch \u00dcberreste von Kollisionen, die durch verschiedene Zustandsgleichungen beschrieben werden, bei unterschiedlichen Frequenzen ab. Die Entdeckung dieses Signals hat das Potenzial die inneren Bestandteile von Neutronensternen zu enth\u00fcllen\u201c, erkl\u00e4rt Rezzolla, \u201eIch bin besonders stolz auf diese Arbeit, da sie ein herausragendes Beispiel f\u00fcr die Exzellenz der Frankfurter und Darmst\u00e4dter Wissenschaftler*innen in der Erforschung von Neutronensternen darstellt \u2013 einem zentralen Fokus des hessischen Clusterprojekt ELEMENTS.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p>Mithilfe von Simulationen, die die Gesetze der Allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie ber\u00fccksichtigen, konnten die Forscher zeigen, dass die Analyse des \u201elangen Abklingens\u201c hilft, Unsicherheiten bei der Beschreibung von Materie unter extrem hohen Dichten zu verringern \u2013 einem Bereich, f\u00fcr den es bislang keine direkten Messungen gibt. \u201eDank Fortschritten in der statistischen Modellierung und hochpr\u00e4zisen Simulationen auf Deutschlands leistungsf\u00e4higsten Supercomputern haben wir eine neue Phase des langen Abklingens in Neutronenstern-Kollisionen entdeckt\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Christian Ecker, Erstautor der Studie, \u201eDiese Entdeckung hat das Potenzial, neue und pr\u00e4zise Einschr\u00e4nkungen f\u00fcr den Zustand der Materie in Neutronensternen zu liefern. Sie ebnet den Weg f\u00fcr ein besseres Verst\u00e4ndnis dichter Neutronensternmaterie, insbesondere, wenn zuk\u00fcnftig neue Ereignisse beobachtet werden.\u201c&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Co-Autor Dr. Tyler Gorda erg\u00e4nzt: \u201eIndem wir gezielt einige wenige Zustandsgleichungen ausgew\u00e4hlt haben, konnten wir die Vielfalt m\u00f6glicher Materiemodelle mit deutlich weniger Aufwand nachbilden. Dies spart nicht nur Rechenzeit und Energie, sondern gibt uns auch die Sicherheit, dass unsere Ergebnisse zuverl\u00e4ssig sind und unabh\u00e4ngig davon gelten, welche Zustandsgleichung in der Natur tats\u00e4chlich vorkommt.\u201c<\/p>\n\n\n\n<p>Obwohl Gravitationswellendetektoren das Signal nach der Verschmelzung aktuell noch nicht gemessen haben, sind die Wissenschaftler optimistisch. Mit dem in Europa geplanten Einstein-Teleskop, das in den n\u00e4chsten zehn Jahren in Betrieb gehen soll, k\u00f6nnte das \u201elange Abklingen\u201c klar gemessen werden. Sobald dies geschieht, wird es ein leistungsstarkes Werkzeug sein, um die r\u00e4tselhaften inneren Strukturen von Neutronensternen zu erforschen und die Geheimnisse der Materie unter extremsten Bedingungen zu entschl\u00fcsseln.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-background\" style=\"background-color:#eeeeee\"><strong>Publikation: <\/strong>Christian Ecker, Tyler Gorda, Aleksi Kurkela &amp; Luciano Rezzolla: <strong>Constraining the equation of state in neutron-star cores via the long-ringdown signal<\/strong>. Nature Communications (2025)<a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-025-56500-x\">https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-025-56500-x<\/a><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Wissenschaftler der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt haben eine neue Methode entwickelt, um das Innere von Neutronensternen mithilfe von bei Kollisionen entstehenden Gravitationswellen zu untersuchen. 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