Zwei Publikationen von Alessandra Buonanno für die „50th anniversary milestones“ ausgewählt

Physical Review D zählt Veröffentlichungen zum effektiven Ein-Körper-Ansatz zu den bahnbrechenden Arbeiten

11. Februar 2021

Im Jahr 2020 feierte die Fachzeitschrift Physical Review D ihr 50-jähriges Bestehen. Dazu stellen ihre Redakteur:innen Meilenstein-Publikationen zusammen, die neue Wege der Forschung in allen von der Zeitschrift abgedeckten Bereichen der Physik eröffneten. Zwei Veröffentlichungen aus den Jahren 1999 und 2000, die Alessandra Buonanno mit Thibault Damour verfasste, sind unter den ausgewählten Beiträgen, ebenso wie zwei Arbeiten zu GW150914, dem ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen im Jahr 2015.

„Die Arbeiten, die ich mit Thibault Damour vor mehr als 20 Jahren veröffentlicht habe, führten einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung des Zweikörperproblems in der Allgemeinen Relativitätstheorie ein. Im heutigen Zeitalter der Gravitationswellenastronomie spielt dieser Ansatz eine entscheidende Rolle“, erklärt Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam und Professorin an der University of Maryland. „Die effektive Ein-Körper-Theorie ist das Herzstück mehrerer Wellenformmodelle, die verwendet werden, um Gravitationswellen mit den LIGO- und Virgo-Detektoren zu entdecken und die Eigenschaften ihrer Quellen zu bestimmen“, fügt sie hinzu.

Prof. Dr. Alessandra Buonanno

In den Jahren 1999 und 2000 veröffentlichten Buonanno und Damour zwei Arbeiten mit den Titeln „Effective one-body approach to general relativistic two-body dynamics“ bzw. „Transition from inspiral to plunge in binary black hole coalescences“. Diese stellen laut Physical Review D den Beginn eines Programms dar „das bis heute mit Nachdruck verfolgt wird und einer der wenigen analytischen Ansätze für das immer wichtiger werdende Problem des experimentellen Nachweises von Gravitationswellen astrophysikalischer Verschmelzungen von Doppelsystemen bleibt“.

Der in den beiden Veröffentlichungen beschriebene effektive Ein-Körper-Ansatz lieferte die erste angenäherte analytische Wellenform, die Doppelsysteme Schwarzer Löcher beim Aufeinanderzufallen, Verschmelzen und Abklingen aussenden. Seit 2006 wurde dieser Ansatz mit Informationen aus numerisch-relativistischen Simulationen verbessert und ergänzt und hat hochpräzise Wellenformmodelle hervorgebracht, die heute routinemäßig von den LIGO- und Virgo-Detektoren verwendet werden.

Die von Buonanno und Damour entwickelten Methoden werden eingesetzt, um Gravitationswellen von verschmelzenden Doppelsternsystemen zu entdecken, auf deren astrophysikalische und kosmologische Eigenschaften zu schließen und die Gravitation im dynamischen Bereich starker Felder zu untersuchen.

Die Redakteure von Physical Review D wählten auch zwei Arbeiten zu GW150914, dem ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen, aus. Diese erklärten „die notwendige und sorgfältige Arbeit, die geleistet wurde, um das Rohsignal der fein abgestimmten Detektoren als Folge der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher bestimmter Masse zu interpretieren“. Außerdem wiesen sie „zum ersten Mal die Existenz von Gravitationswellen und das Auftreten von astrophysikalischen Verschmelzungen Schwarzer Löcher nach“. Ein bedeutender Teil der Autor:innen dieser Arbeiten stammt aus dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover.

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