Gravitationswellen aus den Daten fischen

Dr. Berit Behnke erhält Otto-Hahn-Medaille

Für ihre exzellente Doktorarbeit wird Dr. Berit Behnke, Nachwuchswissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), mit der Otto-Hahn-Medaille geehrt. Der Preis für ihre Dissertation zum Aufspüren von Gravitationswellen, die von Neutronensternen im galaktischen Zentrum ausgesendet werden, ist mit 7500 Euro dotiert. Die Auszeichnung wird am 4. Juni im Rahmen der Jahresversammlung der Max-Planck-Gesellschaft in München verliehen.

Als Albert Einstein 1916 die Existenz von Gravitationswellen vorhersagte, war er davon überzeugt, dass man diese Wellen in der Raumzeit nie direkt werde nachweisen können. Zu gering sei die Wechselwirkung von Gravitationswellen mit Materie, die Effekte werde man nicht messen können. Bis heute gelang eine direkte Messung tatsächlich noch nicht, aber inzwischen sind die Detektoren so empfindlich, dass in den nächsten Jahren mit einer Entdeckung gerechnet wird.

Für einen direkten Nachweis von Gravitationswellen müssen nicht nur die Messgeräte empfindlich genug sein, sondern die aufgefangenen Signale müssen auch aus den Daten herausgefiltert werden. Dies ist eine schwierige und sehr rechenaufwändige Aufgabe, denn die Signale sind extrem schwach und können im Rauschen untergehen. Berit Behnke entwickelte für Gravitationswellensignale von Neutronensternen im Zentrum unserer Milchstraße nun neue Methoden, um aussichtsreiche Kandidaten für echte Signale von Gravitationswellen leichter in den Daten zu identifizieren.

„Blinde“ Suche nach Billionen verschiedener Signale

Behnkes Arbeit, mit der sie mit Auszeichnung promovierte, präsentiert die bislang erste Suche nach kontinuierlichen Gravitationswellen von unbekannten Neutronensternen im Zentrum unserer Galaxie. Dort befinden sich vermutlich zahlreiche Neutronensterne, es ist also ein vielversprechender Ort, um Gravitationswellen aufzuspüren. Allerdings kennen wir diese Neutronensterne bislang nicht und damit auch nicht die Parameter der von ihnen ausgesendeten Gravitationswellensignale. Daher wird eine sogenannte “blinde” Suche ausgeführt, bei der nach einer Vielzahl (einige Billionen) von unterschiedlichen Signalen gesucht wird.

Berit Behnke hat in ihrer Promotionsarbeit Daten ausgewertet, die die beiden US-amerikanischen LIGO-Detektoren in Hanford und Livingston über einen Zeitraum von etwa zwei Jahren aufgenommen hatten. Bei der Suche wird jeder möglichen Signalform ein Wert zuordnet, der angibt mit welcher Wahrscheinlichkeit diese Signalform in den Daten zu finden ist. Damit ist jedoch noch nicht geklärt, ob ein Signal echt ist, oder durch eine lokale Störung verursacht wurde. Diese Suche erfordert Rechenkapazitäten, die selbst moderne Supercomputer nicht bereitstellen können. Berit Behnke hat einen wichtigen Beitrag dazu geleistet, das Problem zu lösen: die von ihr entwickelten Methoden helfen dabei, festzustellen, ob es sich tatsächlich um ein Signal handelt oder nicht. Da diese neuen Methoden sehr effektiv sind, kann nun ein viel größerer Teil der Analyseergebnisse nach Signalen durchsucht werden. Dadurch wird das Auffinden auch sehr schwacher Signale möglich.

Obwohl mit der neuen Suchmethode kein Signal entdeckt werden konnte, wurden mit dieser Arbeit wichtige Resultate erzielt: Das Nichtvorhandensein von Signalen einer bestimmten Stärke erlaubt das Eingrenzen der möglichen maximalen Signalstärke der untersuchten Signalformen. Dadurch können Rückschlüsse auf die Eigenschaften der astrophysikalischen Objekte gezogen werden.

Dr. Berit Behnke (geb. 1983) studierte Physik an Universität Hamburg und fertigte ihre Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam in der Abteilung „Astrophysikalische Relativitätstheorie“ von Prof. Dr. Bernard F. Schutz unter Betreuung von Dr. Maria Alessandra Papa an. Sie ist seit ihrer Promotion im Juni 2013 als wissenschaftliche Mitarbeiterin am AEI Hannover beschäftigt und tritt zum 1.6.2014 eine Stelle als wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig an.

Anerkennung für exzellenten wissenschaftlichen Nachwuchs
Seit 1978 zeichnet die Max-Planck-Gesellschaft jedes Jahr junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für herausragende wissenschaftliche Leistungen, die sie in der Regel im Zusammenhang mit ihrer Doktorarbeit erbracht haben, mit der Otto-Hahn-Medaille aus. Diese ist mit einem Anerkennungsbetrag von 7500 Euro verbunden. Dr. Berit Behnke erhält die Auszeichnung für ihre Dissertation “A directed search for continuous Gravitational Waves from unknown isolated Neutron Stars at the Galactic Center“.