Tim Dietrich, een Duitse postdoc van de groep Gravitatiegolven van Nikhef in Amsterdam, krijgt op 24 oktober de prestigieuze Heinz Billing-prijs. Het Duitse Max Planck Gesellschaft beloont met de prijs zijn geavanceerde computerberekeningen en simulaties van botsende neutronensterren.
Bij zulke botsingen van supercompacte sterren in het heelal ontstaan ruimtetijdbevingen die tot op aarde kunnen worden waargenomen. In het geval van neutronensterren is er ook kans dat de aanvaring als een lichtflits te zien is.
Zoiets is in augustus 2017 voor het eerste met telescopen op aarde gezien. Uit het licht kon toen worden afgeleid dat in het extreme proces verweg in het heelal uit lichtere elementen zware goudatomen werden gesmeed.
Dietrich (31) studeerde in Halle en Jena. Hij werkte als postdoc eerder bij Max Planck in Potsdam en kwam begin vorig jaar met een Marie Curie-beurs naar Nikhef. Hij krijgt de prijs ook voor de spectaculaire animatievideo’s die hij van dergelijke sterbotsingen maakte en maakt.
Daarbij tollen de neutronensterren steeds sneller om elkaar heen tot ze beginnen te versmelten en golven veroorzaken in de omliggende ruimte zelf en energie en materie wegslingeren. Een opwindende wirwar van kolkende materie, plasma en straling is het gevolg.
Zijn die video’s bedoeld voor het grote publiek?
‘Zeker, outreach is belangrijk, maar niet alleen dat. Ook voor onderzoekers zelf kan het heel verhelderend werken om echt te zien wat er gebeurt bij zo’n neutronensterversmelting. Het laat zien wat de getallen en grafieken in het echt betekenen.’
Maar de video’s zijn niet het hoofddoel?
‘De video’s zijn geen standaard-uitkomst van de simulaties. Het belangrijkste voor ons is de exacte vorm van de meetbare zwaartekrachtsgolven die een botsing zal produceren en hoe die van de eigenschappen van het systeem afhangt. Er is ook een praktische reden dat we niet van alles animaties maken: de dataopslag. Een simulatie van 100 milliseconde rond een botsing beslaat in ons geval gemakkelijk terabytes aan gegevens. In de animatie is dat natuurlijk vertraagd, anders zou je er niks van zien.’
Welk doel hebben die simulaties?
‘Bij botsende neutronensterren moet je de veldvergelijkingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie oplossen. Daarvoor bestaan wel analytische methodes zolang de afstand van de sterren groot is, maar niet meer als ze dicht naderen en de snelheden en zwaartekracht enorm groot worden. Dan moet je met simulaties in de computer werken. Die benaderen dan de uitkomsten die je eigenlijk zoekt.’
Is dat ingewikkeld werk?
‘Numerieke relativitstische simulaties betekenen in elk geval extreem intensief rekenwerk. Een simulatie kan zelfs op een supercomputer gemakkelijk weken of maanden moeten draaien. De langste berekening die ik ooit gedaan heb duurde negen maanden. De prijs is deels voor de methodes die je bedenkt om dat toch nog binnen de perken te houden.’
Worden de resultaten van dat werk ook gebruikt bij de echte waarnemingen van de LIGO en Virgo-detectoren in Amerika en Italië?
‘Onze berekeningen zitten onder de sjablonen waarmee gemeten golfpatronen worden geanalyseerd. Uit de exacte golfvormen is af te leiden hoe zwaar de botsende objecten zijn geweest en hoeveel licht er bij kan zijn geproduceerd.’
Neutronensterbotsingen zijn tot nog toe schaars, lijkt het.
‘Ik had een weddenschap met collega’s dat we de eerste neutronstar merger pas in 2021 zouden zien met LIGO en Virgo. Ik was eigenlijk stomverbaasd dat het al in 2017 raak was. En sindsdien zagen de detectoren al een paar serieuze kandidaten voor zulke events. Het is echt een prachtige tijd om aan zwaartekrachtsgolven te werken.’
Eigenlijk veel verloren bij die weddenschap?
‘Dat viel mee. Een paar biertjes. En we wonnen allemaal een prachtige eerste waarneming.’
En blij met deze prijs?
‘Ik was enorm verrast. Als ik naar de lijst eerdere winnaars kijk, zie ik heel veel grote namen in de computationele fysica. Een eer dus.’