Ein außergewöhnliches Signal aus dem All gibt Hawking recht – fast
Zwei Schwarze Löcher verschmelzen – ihre Horizontfläche wächst von rund 240.000 auf 400.000 km². Das Signal GW250114 liefert den stärksten Test für Hawkings Flächensatz.
Schwarze Löcher, die sich spiralförmig aufeinander zu bewegen und verschmelzen. Ein fernes Zittern der Raumzeit: Gravitationswellen verraten, dass Hawking recht hatte.
Foto: Aurore Simonnet (SSU/EdEon)/LVK/URI
Am 14. Januar 2025 erreichte ein außergewöhnlich klares Gravitationswellensignal die Erde. Rund 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernt waren zwei Schwarze Löcher miteinander verschmolzen. Jedes brachte etwas mehr als 30 Sonnenmassen auf die Waage.
Das Besondere an GW250114 war nicht die Kollision selbst. Solche Ereignisse haben die Gravitationswellendetektoren inzwischen zu Hunderten registriert. Außergewöhnlich war die Qualität des Signals. Sie erlaubte es, eine mehr als 50 Jahre alte Vorhersage von Stephen Hawking so genau zu überprüfen wie nie zuvor.
Das Ergebnis: Die Fläche der Ereignishorizonte nahm bei der Verschmelzung deutlich zu – genau so, wie es Hawkings Flächensatz verlangt. „We can hear it loud and clear, and that lets us test the fundamental laws of physics“, sagte die Caltech-Physikerin und LIGO-Forscherin Katerina Chatziioannou im September 2025 in einer Mitteilung des LIGO Laboratory und des California Institute of Technology.
Inhaltsverzeichnis
EZwei Schwarze Löcher mit fast gleicher Masse
Die beiden LIGO-Detektoren in Hanford im US-Bundesstaat Washington und Livingston in Louisiana registrierten GW250114 am 14. Januar 2025. Virgo und KAGRA waren zu diesem Zeitpunkt nicht in Betrieb.
Die Auswertung ergab zwei Schwarze Löcher mit etwa 33,6 und 32,2 Sonnenmassen. Sie umkreisten einander immer schneller, verloren dabei Energie in Form von Gravitationswellen und verschmolzen schließlich zu einem größeren Schwarzen Loch.
Das Signal erreichte ein Signal-Rausch-Verhältnis von etwa 80. Vereinfacht gesagt hob es sich ungewöhnlich deutlich vom Hintergrundrauschen der Detektoren ab. GW250114 war damit das klarste Gravitationswellensignal, das bis dahin registriert worden war.
Gerade diese Qualität machte eine Messung möglich, die bei früheren Ereignissen mit deutlich größeren Unsicherheiten verbunden war.
Hawkings Regel für Schwarze Löcher
Stephen Hawking leitete 1971 einen bemerkenswerten Zusammenhang her. Nach seinem sogenannten Flächensatz darf die Gesamtfläche der Ereignishorizonte Schwarzer Löcher unter den Voraussetzungen der klassischen Allgemeinen Relativitätstheorie nicht kleiner werden.
Der Ereignishorizont ist die Grenze eines Schwarzen Lochs, ab der nichts mehr nach außen gelangen kann – auch kein Licht. Vor einer Verschmelzung betrachtet man die Horizontflächen beider Schwarzen Löcher. Danach besitzt das neu entstandene Schwarze Loch wiederum einen Ereignishorizont.
Nach Hawkings Satz muss gelten:
Fläche nach der Verschmelzung ≥ Summe der Flächen vor der Verschmelzung.
Das ist keineswegs selbstverständlich. Bei der Kollision wird ein Teil der Masse-Energie als Gravitationswellen abgestrahlt. Auch die Rotation beeinflusst die Größe des Ereignishorizonts. Trotzdem darf die Gesamtfläche im Rahmen der klassischen Theorie nicht schrumpfen.
Von rund 240.000 auf 400.000 km²
Genau diese Vorhersage ließ sich mit GW250114 überprüfen. Aus den Eigenschaften der beiden Schwarzen Löcher bestimmten die Forschenden für die Zeit vor der Verschmelzung eine gemeinsame Horizontfläche von ungefähr 240.000 km². Für das entstandene Schwarze Loch ergab sich eine Fläche von etwa 400.000 km². Die Fläche hatte also deutlich zugenommen.
Bereits 2021 hatten Forschende Hawkings Flächensatz anhand des ersten direkt nachgewiesenen Gravitationswellensignals GW150914 getestet. Damals war die Messung jedoch deutlich unsicherer. Bei GW250114 fiel der Test wesentlich schärfer aus.
Die Fachpublikation in Physical Review Letters kommt zu dem Ergebnis, dass die Fläche des neu entstandenen Schwarzen Lochs mit sehr hoher statistischer Sicherheit größer ist als die Summe der beiden ursprünglichen Horizontflächen.
Das ist kein endgültiger „Beweis“ von Hawkings Flächensatz. Es ist aber der bislang stärkste Beobachtungstest dieser Vorhersage an verschmelzenden Schwarzen Löchern.
Warum die Fläche eines Schwarzen Lochs so wichtig ist
Hawkings Flächensatz besitzt eine auffällige Verbindung zur Thermodynamik. Der Physiker Jacob Bekenstein hatte vorgeschlagen, Schwarzen Löchern eine Entropie zuzuschreiben. Hawking zeigte später, dass diese Entropie proportional zur Fläche des Ereignishorizonts ist.
Damit entstand eine Verbindung zwischen Gravitation, Thermodynamik und Quantentheorie, die bis heute zu den grundlegenden Fragen der theoretischen Physik gehört. Eine wichtige Einschränkung bleibt: Der Flächensatz gehört zur klassischen Allgemeinen Relativitätstheorie.
Quantenphysikalische Effekte verändern das Bild. Hawking zeigte später selbst, dass Schwarze Löcher durch die nach ihm benannte Hawking-Strahlung langfristig Energie und Masse verlieren können. Der klassische Flächensatz und die quantenphysikalische Verdampfung widersprechen sich deshalb nicht. Sie beschreiben unterschiedliche physikalische Regime.
GW250114 verrät mehr als nur die Fläche
Das außergewöhnlich klare Signal erlaubt noch weitere Tests. Nach der Verschmelzung war das neu entstandene Schwarze Loch zunächst stark gestört. Die Raumzeit um das Objekt schwang für kurze Zeit nach. Diese Phase wird als Ringdown bezeichnet.
Dabei treten charakteristische gedämpfte Schwingungen auf. Ihre Frequenzen und Abklingzeiten hängen von Masse und Rotation des Schwarzen Lochs ab. Stimmen diese Werte mit den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie überein, spricht das dafür, dass sich das Objekt wie ein sogenanntes Kerr-Schwarzes-Loch verhält.
Eine 2026 veröffentlichte Analyse in Physical Review Letters zeigte, dass mindestens zwei solcher Schwingungsmoden nötig sind, um die Messdaten von GW250114 zu erklären. Die ermittelten Eigenschaften stimmen innerhalb der Messgenauigkeit mit den Vorhersagen für ein rotierendes Schwarzes Loch der Allgemeinen Relativitätstheorie überein.
Wie Forschende solche Nachschwingungen nutzen, um Einsteins Theorie zu testen, erklären wir ausführlicher im Beitrag „Was Schwarze Löcher nach ihrer Kollision über Einstein verraten“.
Messungen reichen näher an den Ereignishorizont
Im Juni 2026 folgte eine weitere Auswertung desselben Signals. Forschende berichteten in Nature über Hinweise auf eine sogenannte Direct Wave.
Diese Komponente enthält nach dem verwendeten theoretischen Modell Informationen über die Rotation und die sogenannte Oberflächengravitation des neu entstandenen Schwarzen Lochs. Auch diese Messwerte stimmen mit den Erwartungen für ein Kerr-Schwarzes-Loch überein.
Das bedeutet nicht, dass Forschende den Ereignishorizont direkt fotografiert oder sichtbar gemacht hätten. Die Analyse eröffnet aber einen neuen Weg, Eigenschaften des Schwarzen Lochs aus den Gravitationswellen unmittelbar nach der Verschmelzung abzuleiten.
Mehr zu dieser Untersuchung steht im Beitrag „Forscher blicken erstmals bis an den Rand eines Schwarzen Lochs“.
Aus der Sensation wird Statistik
Als LIGO im September 2015 erstmals Gravitationswellen direkt nachwies, begann ein neues Kapitel der Astronomie. Inzwischen sind solche Signale keine seltenen Einzelereignisse mehr.
Der im Mai 2026 veröffentlichte Gravitationswellenkatalog GWTC-5.0 enthält 390 bestätigte Ereignisse seit dem ersten Nachweis. Allein aus dem zweiten Teil des vierten Beobachtungslaufs kamen 161 neue Signale hinzu. Nach der bisherigen Auswertung sind diese neuen Ereignisse mit Verschmelzungen Schwarzer Löcher vereinbar.
Über diese Funde und einige besonders ungewöhnliche Schwarze Löcher berichten wir im Beitrag „161 frische Signale aus dem All stellen Forscher vor neue Rätsel“.
Die wachsende Zahl der Messungen verändert die Gravitationswellenastronomie. Forschende untersuchen nicht mehr nur einzelne spektakuläre Kollisionen. Sie können Populationen Schwarzer Löcher vergleichen, ihre Massenverteilung untersuchen und die Allgemeine Relativitätstheorie immer genauer testen.
GW250114 bleibt trotzdem ein Sonderfall. Die außergewöhnliche Signalqualität erlaubte innerhalb kurzer Zeit gleich mehrere physikalische Tests, für die frühere Gravitationswellensignale nicht ausreichten.
Hawkings Flächensatz hat diesen bislang schärfsten Beobachtungstest bestanden. Einen endgültigen Beweis liefert GW250114 nicht. Mehr als fünf Jahrzehnte nach Hawkings Vorhersage stimmen die Messdaten aber bemerkenswert genau mit dem überein, was die Theorie verlangt.
Quellen
- LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration & KAGRA Collaboration: GW250114: Testing Hawking’s Area Law and the Kerr Nature of Black Holes, Physical Review Letters, 2025.
- Caltech / LIGO Laboratory: Ten Years Later, LIGO is a Black-Hole Hunting Machine, 10. September 2025.
- LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration & KAGRA Collaboration: Black Hole Spectroscopy and Tests of General Relativity with GW250114, Physical Review Letters, 2026.
- Lu et al.: GW250114 reveals signatures of post-merger black-hole horizon, Nature, 24. Juni 2026.
- LIGO–Virgo–KAGRA Collaboration: GWTC-5.0 – Gravitational-wave catalogue, Mai 2026.
Ein Beitrag von:
