Das Hintergrundrauschen der Gravitationswellen umlaufender Weißer Zwerge wird stärker sein als das Rauschen binärer Schwarzer Löcher. Das sagen zwei niederländische Masterstudenten und ihr Betreuer in zwei Aufsätzen im Vorfeld der LISA-Weltraummission voraus. Bisher berücksichtigte diese Mission keine lauten Weißen Zwerge. Glücklicherweise lässt sich das Rauschen herausfiltern und sogar neue Informationen liefern.
Die Papiere mit dem Titel „Zur Unsicherheit des astrophysikalischen Gravitationswellenhintergrunds des Weißen Zwergs“ Und „Wahrscheinlichkeit, dass Doppelsterne der Weißen Zwerge den astrophysikalischen Gravitationswellenhintergrund im MHz-Band dominieren“ wurden veröffentlicht in Astronomie und Astrophysik.
LISA, die Laser-Interferometer-Weltraumantenne, soll Mitte der 2030er Jahre von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gestartet werden. Die Niederlande bauen unter anderem die „Augen“, die Software, den Leitmechanismus und die Ausleseelektronik von LISA.
LISA wird Gravitationswellen von kompakten Doppelsternen, doppelten Weißen Zwergen, supermassereichen verschmelzenden Schwarzen Löchern und anderen exotischen Objekten im Universum messen. Als Nebenprodukt wird LISA auch Hintergrundgeräusche von Tausenden Milliarden Schwarzen Löchern auffangen, die vor langer Zeit verschmolzen sind.
Gijs Nelemans ist Astronom an der Radboud-Universität (Nijmegen, Niederlande). Er ist am niederländischen Beitrag zu LISA beteiligt. Zusammen mit den inzwischen graduierten Masterstudenten Seppe Staelens und Sophie Hofman entwickelte er Modelle, um zu sehen, ob das Hintergrundrauschen von Weißen Zwergen auf die gleiche Weise erfasst werden kann wie das Hintergrundrauschen von Schwarzen Löchern.
Staelens, der als Austauschstudent aus Leuven (Belgien) nach Nijmegen kam und jetzt promoviert. Student in Cambridge (UK), begann mit einfachen Modellen. Hofman, der gerade seinen Abschluss gemacht hat und eine Ausbildung in der Industrie macht, erweiterte dann die Modelle.
Die Modelle zeigten, dass das Hintergrundrauschen von Weißen Zwergen stärker ist als das von Schwarzen Löchern. „Unser Vorgesetzter dachte, dass LISA niemals in der Lage sein würde, das kollektive Signal von Weißen Zwergen zu erkennen“, sagt Staelens. „Und jetzt zeigen unsere Modelle, dass die Weißen Zwerge die Schwarzen Löcher in den Schatten stellen. Ha!“
Astronomen sehen im Hintergrundrauschen von Weißen Zwergen eine Chance, die Entwicklung von Sternen wie unserer Sonne in fernen Galaxien zu untersuchen. „Mit Teleskopen kann man nur Weiße Zwerge in unserer eigenen Milchstraße untersuchen, aber mit LISA können wir Weiße Zwerge aus anderen Galaxien hören“, sagt Nelemans.
„Außerdem lassen sich neben dem Hintergrundrauschen von Schwarzen Löchern und dem Rauschen von Weißen Zwergen vielleicht auch andere exotische Prozesse aus dem frühen Universum nachweisen.“
Hofman fügt hinzu: „Ich finde es wirklich cool, dass wir mit der Forschung meines Masters zur erwarteten Entdeckung einer so wichtigen Mission wie LISA beitragen.“
Weitere Informationen:
Sophie Hofman et al., Über die Unsicherheit des astrophysikalischen Gravitationswellenhintergrunds des Weißen Zwergs, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2407.10642. Zur Veröffentlichung angenommen in Astronomie und Astrophysik.
Seppe Staelens et al., Wahrscheinlichkeit, dass Doppelsterne weißer Zwerge den astrophysikalischen Gravitationswellenhintergrund im MHz-Band dominieren, Astronomie und Astrophysik (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202348429