Schwarzes Loch 25.06.2020, 12:38 Uhr

Gravitationswellen deuten auf ungewöhnliches Ereignis im All hin

Forscher haben ein Signal empfangen, das Rätsel aufgibt. Klar ist: Ein Schwarzes Loch muss mit einem Objekt kollidiert sein. Doch niemand weiß, was dieses Objekt sein könnte.

Forscher haben Gravitationswellen entdeckt, die auf eine Verschmelzung  eines Schwarzen Lochs mit einem anderen Objekt hindeuten. Nur: Was steckt hinter dem zweiten Objekt? Foto (Symbolbild): panthermedia.net/avstraliavasin (YAYMicro)

Forscher haben Gravitationswellen entdeckt, die auf eine Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit einem anderen Objekt hindeuten. Nur: Was steckt hinter dem zweiten Objekt? Foto (Symbolbild): panthermedia.net/avstraliavasin (YAYMicro)

Ein Gravitationswellen-Signal aus dem All stellt die Wissenschaft derzeit vor ein Rätsel. Gravitationswellen entstehen nach der Relativitätstheorie dann, wenn zwei massereiche Objekte im Weltall beschleunigt werden oder kollidieren. Die Raumzeit wird dann durch die freigesetzte Energie in Schwingungen versetzt, die wiederum als „Signale“ messbar sind.

Ein solches Signal haben Forscher jetzt mithilfe der Detektoren Ligo und Virgo entdeckt. Demnach ist ein schwarzes Loch, das die 23fache Masse der Sonne hat, mit einem kleineren Objekt von lediglich 2,6-facher Sonnenmasse verschmolzen. Nur: Niemand weiß, um was es sich bei diesem zweiten Objekt handeln könnte.

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Es befindet sich genau in der Massenlücke zwischen den schwersten bekannten Neutronensternen und den leichtesten Schwarzen Löchern. Sprich: Es ist zu leicht, um ein Schwarzes Loch sein zu können, aber zu schwer, um ein Neutronenstern zu sein.

„Das Signal GW190814 ist eine unerwartete und wirklich aufregende Entdeckung“, sagt Abhirup Ghosh vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam.

Denn noch nie hätten Astronomen eine Gravitationswelle von einem System gemessen, in dem sich die Einzelmassen so unterschiedlich verteilen.

Schwarzes Loch, Neutronenstern, oder etwas ganz anderes?

Es sei völlig unklar, was hinter dem massärmeren Objekt stecke. „Wenn es sich tatsächlich um ein schwarzes Loch handelt, ist es das leichteste bekannte. Ist es hingegen ein Neutronenstern, so ist dies der massereichste, den wir je in einem Doppelsystem beobachtet haben“, so Ghosh.

Das Verständnis darüber, wie sich Neutronenstern-Materie verhält und wie massereich diese exotischen Objekte sein können, würde diese Entdeckung komplett auf den Kopf stellen, falls es sich tatsächlich um einen Neutronenstern handelt.

Die besondere Konstellation der stark unterschiedlichen Objekte erzeugt zudem ein spezielles Phänomen:

„Weil die Massen der Objekte so unterschiedlich sind, konnten wir das Brummen einer höheren Harmonischen der Gravitationswelle, das den Obertönen von Musikinstrumenten ähnelt, eindeutig identifizieren“, erklärt Jonathan Gair, Gruppenleiter am Potsdamer Max-Planck-Institut.

Diese Obertöne, vergleichbar eben mit Flageolet-Tönen, die man vor allem mit Saiteninstrumenten gut erzeugen kann, wurden bei dem Signal GW190814 zum zweiten Mal überhaupt nachgewiesen. „Das erlaubt es uns, einige astrophysikalische Eigenschaften des Doppelsystems genauer zu messen“, so Gair. Vorstellbar seien zudem neue Tests von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie.

Schwarzes Loch und zweites Objekt kollidierten in Entfernung von 780 Millionen Lichtjahren

Die Kollision passierte in einer enormen Entfernung von 780 Millionen Lichtjahren von der Erde. Das Gravitationswellen-Signal dauerte etwa zehn Sekunden. Das reicht aus, um weitere Rückschlüsse zu ziehen. „Wir fanden heraus, dass sich dieses schwarze Loch mit 23 Sonnenmassen ziemlich langsam dreht, nämlich mit weniger als sieben Prozent der von der allgemeinen Relativitätstheorie erlaubten maximalen Eigenrotation“, so Alessandra Buonanno, Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik.

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Wahrscheinlich hat sich das Doppelsystem entweder in einem jungen, dichten Sternhaufen oder in der Nähe eines aktiven Galaxienkerns gebildet. Die Astronomen vermuten den Ursprung des Signals etwa im Bereich des Sternbildes Bildhauer (Sculptor) am Südhimmel. Am Firmament entspricht das Sternbild ungefähr der Größe von 90 Vollmonden.

Erster Nachweis von Gravitationswellen

Mit dem Ligo-Observatorium in den USA hatten Forscher 2015 das erste Mal überhaupt Gravitationswellen, deren grundsätzliche Existenz Albert Einstein vorausgesagt hatte, nachgewiesen. Es besteht aus zwei Detektoren, die sich im Bundesstaat Washington und Louisiane befinden. Das Signal GW190814 wurde sowohl von Ligo als auch von der Anlage Virgo in Italien am 14. August 2019 entdeckt. Jetzt wurden die Ergebnisse dazu veröffentlicht.

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