Gravitationswellen: Kollision zweier ungleicher Schwarzer Löcher analysiert

Zwar stehen auch die Gravitationswellendetektoren in der Pandemie still. Forscher haben mit den bereits gesammelten Daten aber gut zu tun, wie sie nun zeigen.

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Simulation des Verschmelzens und der entstehenden Gravitationswellen

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

Von
  • Martin Holland

Astrophysiker haben erstmals die Gravitationswellen eines Zusammenstoßes zweier Schwarzer Löcher mit sehr unterschiedlicher Masse beobachtet. Wie das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) am Dienstag mitteilte, gelang der Nachweis vor genau einem Jahr mit den Detektoren der Observatorien LIGO und Virgo.

Das Ereignis firmiert unter der Bezeichnung GW190412 und bestand demnach aus einem Schwarzen Loch der etwa achtfachen Masse unserer Sonne, das von einem Schwarzen Loch mit 30-facher Sonnenmasse verschlungen wurde. Ermitteln konnten die Forscher demnach genauere Daten für astrophysikalische Eigenschaften des Systems. Einmal mehr habe auch die Relativitätstheorie standgehalten.

Aufgrund der großen Unterschiede zwischen den beteiligten Himmelskörpern konnten sie etwa messen, dass das Ereignis etwa 1,9 bis 2,9 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt stattfand und dass die beiden Schwarzen Löcher mit etwa 40 Prozent des von Einsteins Relativitätstheorie erlaubten Maximalwerts umeinander drehten.

Auch den Winkel, in dem wir auf das ferne Ereignis gucken, konnten sie demnach präziser ermitteln. Erstmals konnten sie die Existenz einer sogenannten "höheren Harmonischen" nachweisen, erklären sie noch. Dabei handle es sich um Gravitationswellen "beim Doppelten oder Dreifachen der bisher gemessenen Grundfrequenz". Deren Vorhandensein ergebe sich aus Einsteins Relativitätstheorie.

Das nun der Öffentlichkeit vorgestellte Ereignis sei erst das zweite aus der dritten Messphase (O3) des Netzwerks der Gravitationswellen-Detektoren. Die hatte Anfang April 2019 begonnen und lieferte seitdem ungefähr einmal pro Woche neue Kandidaten für Gravitationswellen, schreiben die Forscher. Wegen der Auswirkungen der Corona-Pandemie war die dritte Messphase Ende März dann aber vorzeitig beendet worden. Aktuell stehen nun 54 weitere Kandidaten auf der abzuarbeitenden Liste. Deren astrophysikalischer Ursprung werde also noch überprüft.

Verschmelzen zweiter Schwarzer Löcher unterschiedlicher Masse (Quelle: © N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), Simulating eXtreme Spacetimes project)

Gravitationswellenastronomie beruht auf Vorhersagen aus Einsteins Relativitätstheorie. Gravitation ist demnach eine Eigenschaft des Raums, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Werden massereiche Körper beschleunigt, erzeugen sie Gravitationswellen, die das Gefüge des Raums minimal verformen.

Erst seit wenigen Jahren können die mit besonders sensiblen Geräten beobachtet werden, womit eine neue Ära der Astronomie begonnen hat. Deutsche Forscher sind hier vorne mit dabei, auch wenn die leistungsfähigsten Detektoren in den USA und Italien stehen. So haben AEI-Wissenschaftler präzise Modelle entwickelt, die bei der Analyse von GW190412 geholfen haben, erklären sie. Außerdem liefern sie wichtige Beiträge zur Steigerung der Empfindlichkeit der Gravitationswellendetektoren. (mho)