High-Precision Gravitational Wave Physics from a Worldline Quantum Field theory (GraWFTy)

Dieses Projekt wird die Gravitationswellen mit höchster Präzision bestimmen, die bei der Begegnung zweier Schwarzer Löcher oder Neutronensterne in unserem Universum emittiert werden.
Die Gravitationswellen, die aus solchen heftigen Verschmelzungen hervorgehen, werden routinemäßig an den LIGO-Virgo-KAGRA-Observatorien seit ihrer Entdeckung im Jahr 2016 nachgewiesen. Mit
der derzeit geplanten dritten Generation von Observatorien wird die experimentelle Genauigkeit dieser Messungen dramatisch zunehmen.
Um dies zu erreichen, sind daher theoretische Vorhersagen für die emittierten Wellenformen von höchster Präzision erforderlich. Zu bestimmen sind hier die Quellparameter, wie Massen, Spins und intrinsische Parameter der beiden kompakten Objekte. Um diese Wellenformen zu erhalten, müssen die extrem schwierigen Einstein'schen Feldgleichungen gelöst werden. Zentrale Herausforderungen sind die Einbeziehung von Strahlungs- und Spineffekten bei hoher Präzision sowie ein Zugang zum starken Gravitationsregime. Zusammen mit meiner Forschungsgruppe habe ich kürzlich einen Quantenformalismus entwickelt, um dieses klassische Physikszenario effizient zu lösen – die Weltlinienquantenfeldtheorie. Methodisch in der Elementarteilchenphysik verwurzelt ist es der führende Formalismus zur Berechnung der Gravitationswellen von kollidierenden rotierenden Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Mein Ziel ist es, den Anwendungsbereich der Weltlinienquantenfeldtheorie zu erweitern, um Strahlungs-, höhere Spin- und Gezeiteneffekte einzubeziehen, die zwischen Schwarzen Löcher und Neutronensternen diskriminieren. Außerdem werde ich eine versteckte Supersymmetrie in der Streuung von zwei rotierenden schwarze Löcher enträtseln. Schließlich werde ich durch Anpassung an gekrümmte Raumzeiten theoretische Werkzeuge entwickeln, die anwendbar uns zur Beschreibung von starken Gravitationsfeldern führen, so wie sie in der Nähe der Verschmelzung der kompakten Objekte entstehen. Diese sind derzeit nicht erreichbar mit analytischen Methoden. Unsere Ergebnisse werden die Grundlage dafür schaffen, Einsteins Gravitationstheorie in extremen Regionen zu testen, birgt das Potenzial
Abweichungen von der bekannten Physik zu entdecken; die Bildung von Schwarzen Löchern zu verstehen; und die Natur von Neutronensternen zu klären.