Neues Verständnis von Schwarzen Löchern
Einsteins Theorie der allgemeinen Relativität definierte Newtons Gravitationsgesetz neu und etablierte das Raum-Zeit-Kontinuum mit drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension. Sie hat interessante Implikationen wie die "Krümmung" des Kosmos durch sehr massive Objekte. Sie sagt auch die Existenz von Gravitationswellen, Verzerrungen der Ausbreitung in der Geometrie des Raumes und von schwarzen Löchern voraus. Direkte experimentelle Verbindungen zu diesen Theorien wie die Gravitationswellendetektion und die Produktion von schwarzen Löchern am Large Hadron Collider (LHC) haben die Entwicklung eines neuen Feldes in der allgemeinen Relativitätstheorie gefördert: die numerische Relativität. Das EU-geförderte Ausbildungsnetz NRHEP (Numerical relativity and high energy physics) förderte europäische Exzellenz in diesem aufregenden neuen Bereich. Das Netzwerk produzierte mehr als 100 wissenschaftliche Arbeiten in internationalen Top-Zeitschriften, darunter 11 Artikel in der renommierten Zeitschrift Physical Review Letters. Die Teilnehmer haben einige der besten phänomenologischen Werte für die abgestrahlte Energie - als Gravitationswellen - bei der Kollision von zwei punktförmigen Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit erzeugt. Ein weiteres breit anwendbares Ergebnis ist, dass dunkle Materie sich in Sternen anhäufen und zu viel stabileren Konfigurationen führen kann als bisher angenommen. Wichtige neue Ergebnisse wurden für sich drehende schwarze Löcher erzielt. Ein seit langem bestehendes Problem von Rechenstörungen für schwarze Löcher nach Kerr-Newman (drehend und geladen) wurde gelöst. Zwei Mechanismen wurden entdeckt, die schwarze Kerr-Löcher in einigen alternativen Theorien der Schwerkraft instabil machen können. Eine neue Art eines rotierenden schwarzen Lochs wurde gefunden, die eine mögliche astrophysikalische Bedeutung aufweist und die etablierte Überzeugung umgeht, dass allgemeine Relativität mit einfachen, physikalischen Materiequellen nur Kerr-ähnliche schwarze Löcher als Lösungen zulässt. Diese neuen schwarzen Löcher können sehr unterschiedlich phänomenologische Eigenschaften aufweisen. Das Projekt hat gezeigt, dass Teilchenkollisionen in der Nähe von schnell rotierenden schwarzen Löchern hochenergetische Strahlungen produzieren können, was die Möglichkeit ergibt, dass der Penrose-Prozess von Kollisionen Gammastrahlen und ultrahochenergetische kosmische Strahlung antreiben kann. NRHEP machte ausgezeichnete Fortschritte bei der Anwendung von Methoden der numerischen Relativität, um schwarze Löchern im Hinblick auf Fragen zu untersuchen, die mit anderen Methoden nicht geklärt werden können. Angesichts der vielen Fortschritte bei experimentellen Methoden und Ergebnissen in Bezug auf die Hochenergiephysik ebnete das Projekt den Weg für erhebliche Implikationen für die EU in einem aufstrebenden Gebiet, das unser Verständnis des Kosmos zu revolutionieren verspricht.
Schlüsselbegriffe
Schwarze Löcher, numerische Relativität, Gravitationswellen, NRHEP, Hochenergiephysik
