Gravitationswellen: Zwei Kollisionen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen

Mit den Gravitationswellen-Detektoren sind nun erstmals Verschmelzungen von Schwarzen Löchern mit Neutronensternen beobachtet worden.

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(Bild: © A. S. Carvalho/A. Buonanno, D. Mihaylov, J. Steinhoff (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik))

Von
  • Martin Holland

Anfang 2020 ist es erstmals gelungen, Gravitationswellen nachzuweisen, die bei der Verschmelzung von Schwarzen Löchern mit Neutronensternen entstanden sind. Beide Ereignisse wurden innerhalb von nur zehn Tagen im Januar des vergangenen Jahres registriert, erklärt das für die Auswertung verantwortliche Forschungsteam.

Mit den Nachweisen wurde auch die Sammlung von verschmelzenden kompakten Objekten vervollständigt, heißt es außerdem. Die beiden Ereignisse tragen die Namen GW200105 sowie GW200115. Nur das zweite wurde dabei aber sowohl von den LIGO-Detektoren als auch dem Virgo-Instrument gefunden, es gilt als erster sicherer Nachweis solch einer Kollision.

Gravitationswellen werden seit dem ersten historischen ersten Nachweis Anfang 2016 bereits regelmäßig nachgewiesen, inzwischen wurden mehrere Dutzend Ereignisse bestätigt. Ihre theoretische Vorhersage stammt bereits aus Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie. Demnach ist Gravitation eine Eigenschaft des Raums, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Werden außergewöhnlich massereiche Körper extrem beschleunigt, erzeugen sie Gravitationswellen, die das Gefüge des Raums verformen – selbst bei großen Massen aber nur minimal. Um die äußerst kleinen Verformungen nachzuweisen, braucht es hochpräzise Messgeräte in einer speziellen Anordnung. Seit einigen Jahren sind mit den Detektoren der LIGO- und Virgo-Kollaboration solche Geräte vorhanden und im Einsatz.

GW200105 wurde vor anderthalb Jahren nur von einem der LIGO-Detektoren gefunden, der andere war vorübergehend nicht im Messbetrieb. Den Verantwortlichen zufolge sollte das Signal bei der Verschmelzung eines Schwarzen Lochs der 9-fachen Masse unserer Sonne mit einem kompakten Objekt der 1,9-fachen Sonnenmasse entstanden sein. Das sei in 900 Millionen Lichtjahren Entfernung passiert und das kleinere Objekt dürfte demnach ein Neutronenstern gewesen sein. Zehn Tage später hätten dann alle drei Instrumente GW200115 gesehen, die Spur einer Kollision eines Schwarzen Lochs der 6-fachen Sonnenmasse mit einem Neutronenstern der 1,5-fachen Sonnenmasse. Die sei in einer Milliarde Lichtjahren Entfernung geschehen. Es gilt nun als der erste gesicherte Nachweis solch einer Kollision, erklärt Alessandra Buonanno vom Albert-Einstein-Institut in Potsdam.

Künstlerische Darstellung der Verschmelzung im Stil eines Filmplakats

(Bild: © A. S. Carvalho/A. Buonanno, D. Mihaylov, J. Steinhoff (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik))

Während man die Richtung, aus der die ersten Gravitationswellen kamen, nur sehr ungenau einordnen konnte, hätte das beim zweiten Ereignis besser funktioniert. Trotzdem sei zu keinem der beiden Ereignisse eine zugehörige Beobachtung am Himmel im elektromagnetischen Spektrum gelungen. Das sei aber angesichts der Daten auch nicht unbedingt zu erwarten gewesen. Die Forscher und Forscherinnen gestehen auch noch ein, dass sie nicht mit Sicherheit sagen können, dass es sich bei den jeweils kleineren Objekten um einen Neutronenstern gehandelt hat – das sei aber die wahrscheinlichste Erklärung. Angesichts der Beobachtungen schätzen sie nun, dass solch ein Ereignis in Entfernungen von bis zu einer Milliarde Lichtjahren ungefähr einmal pro Monat stattfinden sollte – aber nicht immer mit nachweisbaren Spuren. Die nächste Beobachtungskampagne der Detektoren soll in einem Jahr beginnen, kündigen sie noch an.

(mho)