Neue Forschungsgruppe wird Mehrfach-Stern-Systeme am MPA erforschen

11. November 2019

Im September 2019 startete eine neue Max-Planck-Forschungsgruppe am MPA: Adrian Hamers trat seine Postdoc-Stelle am Institut an und baut derzeit seine Gruppe zur Erforschung von Mehrfach-Stern-Systemen auf. Solche Systeme sind in der Astrophysik von großer Bedeutung, da sie zu energiereichen astrophysikalischen Phänomenen wie Typ Ia Supernovae und Gravitationswellenereignissen führen können. Das Hauptziel ist es, gleichzeitig schnelle und detaillierte Modellrechnungen zu verwenden, um statistische Vorhersagen für Beobachtung von Supernovae und Gravitationswellen zu treffen.

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein Vierfach-Stern-System mit Planeten, die sich in einem derartigen System bilden könnten.

Ist Ihnen schon mal aufgefallen, dass alle fremden Welten in Science-Fiction-Geschichten oder -Serien der unseren bemerkenswert ähnlich sehen? Größtenteils treffen die Akteure auf fremde Zivilisationen auf einem Planeten, der um um einen anderen Stern kreist. Nur selten tauchen Mehrfach-Stern-Systeme auf – dabei sind diese in unserem Universum eigentlich ziemlich häufig. Bisher konzentrierte sich die Forschung in dieser Richtung hauptsächlich auf Doppelstern-Systeme, d.h. zwei Sterne oder kompakte Objekte, die umeinander kreisen. Die Verfügbarkeit von immer mehr Rechenleistung und der Start der Gravitationswellenastronomie –deren Quellen u.a. die Verschmelzung von Mehrfach-Stern-Systemen sind – haben Adrian Hamers veranlasst, eine Max-Planck-Forschungsgruppe am MPA zu gründen. Ab Anfang 2020 werden ihn zwei Postdocs unterstützen, derzeit ist er noch auf der Suche nach einen Doktoranden, um die neue Gruppe zu vervollständigen.

Die Gruppe wird an einem neuen Populationssynthese-Code arbeiten, um die Entwicklung einer großen Anzahl von Systemen auf einem dezidierten Computercluster schnell zu verfolgen und statistische Vorhersagen zu treffen, die dann mit Beobachtungen verglichen werden können. Dies wird einen genaueren Einblick in die Entstehung und Entwicklung von Mehrfach-Stern-Systemen ermöglichen. Um eine Vielzahl von Systemen in allen Phasen der Sternenentwicklung, in Umgebungen mit niedriger und hoher Dichte zu untersuchen, müssen viele physikalische Bestandteile und eine Kombination verschiedener Codes in das Modell integriert werden, um eine schnelle Berechnung zu ermöglichen. Das Modell kann dann auf Verschmelzungen von kompakten Objekten angewendet werden, die zu Gravitationswellenquellen und Supernovaeereignissen führen, sowie auf die Entwicklung von (Exo)Planeten in Ein- und Mehrfach-Stern-Systemen. Darüber hinaus wird die Gruppe einen weiteren Code entwickeln, der modernste Techniken anwendet, um die Entwicklung einzelner Systeme genauer zu untersuchen (auf Kosten einer sehr viel höheren Rechenleistung). Dieser detaillierte Code wird auch dazu beitragen, den schnellen Populationssynthese-Code zu überprüfen und zu kalibrieren.

Künsterische Darstellung, wie ein drittes Schwarzes Loch ein Doppelsystem beeinflussen kann.

Diese Forschung könnte zudem neue Antworten auf die Frage geben, wie schwarze Löcher in unserem Universum überhaupt verschmelzen könnten. Deren Vorläufer, also Sterne die massereich genug sind, um schwarze Löcher zu bilden, werden während ihrer Entwicklung sehr groß, so dass ein nahes Paar massereicher Sterne wahrscheinlich verschmelzen würde, bevor sie zu schwarzen Löchern werden können. Und wenn sich die Sterne weit genug entfernt voneinander entwickelten, wie kamen sie sich dann näher? Die Antwort könnte die Interaktion mit einem dritten oder noch mehr Objekten sein – die Dynamik derartiger Systeme, gekoppelt mit der Stern- und Doppelsternentwicklung, kann in diesem Fall sehr kompliziert sein.

Und genau das fasziniert den theoretischen und Computer-Astrophysiker Adrian Hamers: die Dynamik und Wechselwirkungen von Himmelskörpern. Bereits während seines Studiums der Physik und Astronomie an der Universität Utrecht beschäftigte er sich mit Doppel- und Dreifach-Systemen und wandte theoretische Physik und Astrophysik direkt auf das reale Universum an. Er promovierte 2016 unter der Leitung von Simon Portegies Zwart in der Gruppe Computational Astrophysics des Leiden Observatory, Leiden University, mit einer Arbeit über "Hierarchische Systeme" und arbeitete anschließend als Postdoc am Institute for Advanced Study in Princeton, NJ, USA. Im September 2019 startete er seine neue Max-Planck-Forschungsgruppe für die Erforschung von Mehrfach-Stern-Systemen am MPA.

Die Inspiration zur Astrophysik lässt sich für Adrian auf Science-Fiction-Serien wie Star Trek und Stargate zurückführen. Adrian verbrachte bereits in seiner Jugend viel Zeit mit der Familie seiner (deutschen) Mutter in der Nähe von Hannover, dies ist nun sein erster wissenschaftlicher Aufenthalt in Deutschland. Er genießt die bayerische Natur, die weitläufige Umgebung (im Vergleich zu seiner Heimat, den Niederlanden) und plant bereits einen Skiurlaub in den Alpen mit seiner Familie. Er ist begeisterter Pianist und hat ein besonderes Interesse an historischen Tasteninstrumenten wie Cembalo und Hammerklavier.

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