Universum: Beitritt zu den schwersten Schwarzen Löchern, gemessen – vor 7 Milliarden Jahren – Leitfaden

Für viele Nichtphysiker ist dies unvorstellbar. Forscher haben die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher gemessen – in einer fast unvorstellbaren Entfernung.

Wissenschaftler in der Hälfte des Universums haben die bislang massivste Fusion von Schwarzen Löchern beobachtet. Das Observatorien Ligo in den USA und Virgo in Italien zeichnete die Gravitationswellen vom Absturz zweier Gravitationsmonster mit fast 66- und 85-mal so großer Masse wie unsere Sonne am 21. Mai 2019 auf.

Es geschah vor ungefähr sieben Milliarden Jahren

Das resultierende Schwarze Loch mit 142 Sonnenmassen ist das erste aus dem Bereich der Zwischenmasse, das jemals beobachtet wurde, berichten die Forscher und präsentieren ihre Messungen in zwei speziellen Artikeln in den “Physical Review Letters” und “Astrophysical Journal Letters”.

Die Fusion fand vor etwa sieben Milliarden Jahren statt, als das Universum nur halb so alt war. Es hat eine Energie freigesetzt, die nach Albert Einsteins Masse-Energie-Äquivalent E = mc ^ 2 etwa acht Sonnenmassen entspricht.

Dies bedeutet, dass ungefähr die achtfache Masse unserer Sonne in die Erzeugung von Gravitationswellen als Energie floss. Dies ließ die Raumzeit so stark zittern, dass sie heute noch in einer Entfernung von etwa 16 Milliarden Lichtjahren auf der Erde entdeckt werden konnte.

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Die Fusion ist somit nicht nur das massereichste, sondern auch das am weitesten entfernte Ereignis, das die Gravitationswellendetektoren bisher aufgezeichnet haben.

Das Signal dauerte nur eine Zehntelsekunde

“Das sieht nicht nach dem Zwitschern aus, das wir normalerweise beobachten”, erklärt der Jungfrau-Forscher Nelson Christensen in einer Pressemitteilung. “Dies ist eher etwas, das ‘knallt’ und es ist das massivste Signal, das Ligo und Virgo gesehen haben.” Die Gravitationswellenobservatorien haben “ihre bisher dicksten Fische gefangen”, sagt das an der Entdeckung beteiligte Max-Planck-Institut. Schwerkraftphysik in Potsdam und Hannover.

Das Signal mit der Verzeichnisnummer GW190521 dauerte nur etwa eine Zehntelsekunde und zeigte nur zwei Spiralpfade in den Schwarzen Löchern, bevor sie schließlich verschmolzen.

“Trotz der kurzen Dauer konnten wir zeigen, dass das Signal dem entspricht, was wir von der Verschmelzung von Schwarzen Löchern erwarten – wie von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt”, berichtete Alessandra Buonanno, Direktorin des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik. “Uns wurde klar, dass wir als erste Zeuge der Geburt eines mittelschweren Schwarzen Lochs waren, dessen Eltern wahrscheinlich aus einer früheren Fusion eines Binärsystems stammten.”

Schwarze Löcher mit mittlerem Gewicht haben 100- bis 100.000-mal so viel Masse wie unsere Sonne. Die Fusion liefert den ersten eindeutigen Beweis für ein Schwarzes Loch aus dieser Klasse. Während bei Sternexplosionen kleinere Schwarze Löcher entstehen, gibt es größere in Galaxienzentren wie unserer Milchstraße, wo sie große Mengen an Materie absorbiert haben.

Astrophysiker können diese Massen nicht erklären

Die Massen der beiden Schwarzen Löcher, deren Verschmelzung inzwischen aufgezeichnet wurde, bereiten den Astrophysikern immer noch Kopfschmerzen, da ein Schwarzes Loch mit insbesondere 85 Sonnenmassen tatsächlich nicht auftreten konnte.

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Nach der Theorie kollabieren bei einer Supernova-Explosion nur Sterne bis zu etwa 130 Sonnenmassen in Schwarzen Löchern, die dann maximal 65 Sonnenmassen haben sollten. Schwerere Sterne verlieren durch wiederholte heftige Eruptionen so viel Masse, dass sie am Ende nur ein Schwarzes Loch mit weniger als 65 Sonnenmassen erzeugen.

Andererseits können nach der Theorie sogar schwerere Sterne mit mehr als 200 Sonnenmassen direkt in ein Schwarzes Loch am Ende ihrer Existenz zusammenbrechen, das dann mehr als 120 Sonnenmassen haben sollte. Es sollten also keine Schwarzen Löcher zwischen 65 und 120 Sonnenmassen vorhanden sein. Die Forscher glauben, dass es höchstwahrscheinlich ist, dass der größere der beiden Vorgänger selbst das Ergebnis einer Fusion entsprechender kleinerer Schwarzer Löcher war.

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