Universum: Zusammenschluss der schwersten Schwarzen Löcher gemessen – vor 7 Milliarden Jahren – Leitfaden

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

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

Es geschah vor ungefähr sieben Milliarden Jahren

Das resultierende Schwarze Loch mit 142 Sonnenmassen ist das erste aus dem mittleren Massenbereich, das jemals beobachtet wurde, berichten die Forscher, die ihre Messungen in zwei Fachartikeln in den Zeitschriften „Physical Review Letters“ und „Astrophysical Journal Letters“ präsentieren.

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

Dies bedeutet, dass etwa die achtfache Masse unserer Sonne als Energie in die Erzeugung von Gravitationswellen geflossen ist. Dies führte dazu, dass die Raumzeit so stark bebte, dass sie heute in einer Entfernung von rund 16 Milliarden Lichtjahren auf der Erde noch nachweisbar war.

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

Das Signal dauerte nur eine Zehntelsekunde

„Das sieht nicht nach dem Zwitschern aus, das wir normalerweise beobachten“, erklärte der Jungfrau-Wissenschaftler Nelson Christensen in einer Pressemitteilung. „Dies ist eher etwas, das“ Knall „macht, und es ist das massivste Signal, das Ligo und Virgo gesehen haben.“ Die Gravitationswellenobservatorien haben „ihre bisher dicksten Fische gefangen“, sagte das Max-Planck-Institut, das an der Entdeckung der Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover beteiligt war.

Das Signal mit der Katalognummer GW190521 dauerte nur etwa eine Zehntelsekunde und zeigte nur zwei spiralförmige Bahnen der Schwarzen Löcher, 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 die Direktorin des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik, Alessandra Buonanno. „Uns wurde klar, dass wir als erste Zeuge der Geburt eines mittelschweren Schwarzen Lochs waren, dessen Eltern höchstwahrscheinlich selbst aus einer früheren Verschmelzung eines binären Systems hervorgegangen sind.“

► Mittelschwere Schwarze Löcher 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, befinden sich größere in den Zentren von Galaxien 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 registriert wurde, bereiten den Astrophysikern nach wie vor Kopfschmerzen, da ein Schwarzes Loch mit insbesondere 85 Sonnenmassen eigentlich nicht entstehen kann.

Nach der Theorie kollabieren bei einer Supernova-Explosion nur Sterne bis zu etwa 130 Sonnenmassen zu 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 könnten nach der Theorie sogar schwerere Sterne mit mehr als 200 Sonnenmassen am Ende ihrer Existenz in ein Schwarzes Loch fallen, das dann mehr als 120 Sonnenmassen haben sollte. Es sollte also keine Schwarzen Löcher zwischen 65 und 120 Sonnenmassen geben. Die Wissenschaftler halten es für sehr wahrscheinlich, dass der größere der beiden Vorläufer selbst das Ergebnis einer Verschmelzung entsprechend kleinerer Schwarzer Löcher war.