Gravitationswellen: Kollision eines Schwarzen Lochs gibt Rätsel auf

Forscher haben Signale gefunden, die von der Kollision eines Schwarzen Lochs mit einem Objekt stammen, dessen Natur nicht klar ist.

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Visualisierung der Kollision

(Bild: N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration)

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Astronomen haben Gravitationswellen gefunden, die auf eine Kollision eines Schwarzen Lochs mit einem noch ungeklärten Himmelskörper hindeuten, der nicht in die gegenwärtigen Theorien passt. Die Gravitationswellendetektoren Ligo und Virgo haben die Signale am 14. August 2019 gemessen, erläutert das Forscherteam, das von Vicky Kalogera von der Northwestern University koordiniert wurde. Die Gravitationswellen GW190814 stammen demnach von der Kollision eines Schwarzen Lochs der 23-fachen Masse unserer Sonne und einem Objekt der 2,6-fachen Sonnenmasse. Das sei eigentlich zu massereich für einen Neutronenstern und nicht massereich genug für ein Schwarzes Loch.

Wie die Forscher nun erläutern, kollabieren die massereichsten Sterne zu Schwarzen Löchern, während leichtere Exemplare in Supernovae explodieren und kompakte Neutronensterne übrig lassen. Zwischen den massereichsten Neutronensternen von etwas über 2 Sonnenmassen und den kleinsten Schwarzen Löchern von 5 Sonnenmassen bestehe aber eine Lücke. Bislang sei nicht klar gewesen, ob es Objekte in dieser Lücke gebe. Die Messung der Masse des kleineren Objekts in der nun beobachteten Kollision sei aber sehr robust und eine ziemliche Herausforderung für die astrophysikalischen Modelle. Ihre Arbeit stellen die Forscher in den Astrophysical Journal Letters vor.

Außergewöhnlich an der beobachteten Kollision sei außerdem, dass sich die Masse der beiden Objekte um den Faktor 9 unterschieden habe. So viel wie noch bei keiner zuvor. Ereignet hat sie sich demnach in einer Entfernung von 780 Millionen Lichtjahren, zu weit entfernt um sichtbare Spuren bis zu uns dringen zu lassen. Außerdem habe das ziemlich massive Schwarze Loch das kleinere Objekt wohl komplett verschluckt, sodass sowieso nicht viel Licht ausgesendet wurde. Über die Natur dieser Kollision werden wir wohl nichts weiter erfahren, die Astronomen hoffen aber auf ähnliche Zusammenstöße in der Zukunft.

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(Bild: LIGO-Virgo/ Frank Elavsky & Aaron Geller (Northwestern))

Das mysteriöse Objekt ist aber nicht das erste, das in die sogenannte Massenlücke zwischen den kleinsten Schwarzen Löchern und den massereichsten Neutronensternen fällt. Schon im Herbst hatten Astronomen von einem Schwarzen Loch berichtet, das mit 3,3 Sonnenmassen ebenfalls nicht in die Theorien passt. Derartige Objekte sind eine Herausforderung für unser aktuelles Verständnis extrem dichter Materie und der Entwicklung von Sternen, erklärt Pedro Marronetti von der National Science Foundation. Die nun beobachteten Kollisionsspuren zeigen einmal mehr das immense Potenzial der Gravitationswellenastronomie, ist er überzeugt.

(mho)