Rotierende Schwarze Löcher und ihre Raumzeit

Otto-Hahn-Medaille für Dr. Siyuan Ma

Ein seit langem ungelöstes Problem der Allgemeinen Relativitätstheorie

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt, wie sich die vierdimensionale Raumzeit als Reaktion auf Energie und Materie verändert. Dies wird in  den Einsteinschen Feldgleichungen formuliert. Unter den vielen expliziten Lösungen dieser Gleichungen sind die Kerr-Lösungen –  benannt nach dem neuseeländischen Mathematiker Roy Kerr, der sie 1963 fand –  besonders interessant, da sie rotierende Schwarze Löcher beschreiben.

Auch wenn Einsteins Theorie unser Universum beschreibt, bleibt doch die zugrunde liegende Mathematik rätselhaft. Um Einsteins Theorie zu testen und den Nachweis für die astrophysikalische Bedeutung der Kerr-Lösungen zu erbringen, müssen Mathematiker*innen zeigen, ob diese Lösungen gegenüber kleinen Störungen stabil sind oder nicht. Dafür nimmt man als Startpunkt der Entwicklung einen Zustand nahe einer Kerr-Lösung und untersucht, ob das Ergebnis der Entwicklung stets nahe der Kerr-Lösung bleibt. Ist das nicht der Fall, haben diese Lösungen nur mathematische, aber keine physikalische Bedeutung. „Dieses Problem wird als „black hole stability conjecture“ („Vermutung über die Stabilität Schwarzer Löcher“) bezeichnet“, erklärt Siyuan Ma. „Dies ist eines der wichtigsten ungelösten Probleme auf dem Gebiet der Allgemeinen Relativitätstheorie und trotz der Fortschritte im letzten halben Jahrhundert immer noch offen“.

Während seiner Doktorarbeit untersuchte Siyuan Ma sehr genaue Modelle und beschrieb die Dynamik ihrer Entwicklung. Zusammen mit seinem Doktorvater Lars Andersson und Kolleg*innen bewies er zum ersten Mal die lineare Stabilität dieser Lösungen  –   das ist der vorletzte Schritt zum Beweis der Vermutung. Seine Ergebnisse haben den Wissenschaftler*innen noch mehr Zuversicht gegeben, dass Einsteins Feldgleichungen die Realität abbilden und dass die Vermutung in naher Zukunft vollständig bewiesen wird.

Der Preisträger

Dr. Siyuan Ma (geb. 1992) promovierte am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam in der Forschungsgruppe Geometrie und Gravitation unter der Leitung von Prof. Lars Andersson. Seine Doktorarbeit wurde auch mit einer Silbermedaille des New World Mathematics Awards 2019 ausgezeichnet. Siyuan Ma forscht derzeit als Postdoc an der Universität Sorbonne in Paris.

Anerkennung für exzellente Nachwuchswissenschaftler

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. Durch die Preisverleihung sollen besonders begabte Nachwuchswissenschaftler zu einer späteren Hochschul- oder Forscherkarriere motiviert werden. Seit 1978 wurden bereits über 1000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der Otto-Hahn-Medaille ausgezeichnet. Dr. Siyuan Ma erhielt diese Auszeichnung für seine Doktorarbeit mit dem Titel „Analysis of Teukolsky equations on slowly rotating Kerr spacetimes“.