Am 23. November 2023 verrieten Gravitationswellen die massivste jemals aufgezeichnete Verschmelzung. Dieses Phänomen, das von den Detektoren LIGO Virgo und KAGRA erfasst wurde, stellt die Modelle zur Entstehung von Schwarzen Löchern in Frage.
Diese Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher erzeugte ein neues Schwarzes Loch mit 225 Sonnenmassen, ein kosmisches Schwergewicht, dessen Herkunft die Wissenschaftler fasziniert. Die beiden Protagonisten mit 100 und 140 Sonnenmassen drehten sich mit atemberaubender Geschwindigkeit um sich selbst, bevor sie verschmolzen.
Darstellung von Gravitationswellen, die von zwei umeinander kreisenden Schwarzen Löchern erzeugt werden. Ein außergewöhnliches Ereignis
Schwarze Löcher dieser Größe sollten laut Standardmodellen nicht existieren. Ihre Masse überschreitet die theoretische Grenze für eine klassische stellare Entstehung. Forscher vermuten, dass sie selbst das Ergebnis früherer Verschmelzungen sein könnten.
Die beiden Schwarzen Löcher rotierten vor ihrer Verschmelzung mit extremer Geschwindigkeit und zogen dabei die umgebende Raumzeit mit sich. Dieses Phänomen, Frame-Dragging genannt, ist eine direkte Folge der Allgemeinen Relativitätstheorie: Ein sehr massereiches Objekt mit schneller Rotation verformt die Raumzeit so stark, dass es sie in seine Rotationsrichtung "zieht".
Im vorliegenden Fall hat diese verstärkte Rotation das beobachtete Gravitationssignal komplexer gemacht und deutet darauf hin, dass diese Schwarzen Löcher nicht isoliert entstanden sind, sondern möglicherweise das Ergebnis aufeinanderfolgender Verschmelzungen in einer dichten Umgebung wie einem Sternhaufen sind.
Das Signal, genannt GW231123, dauerte kaum eine Zehntelsekunde. Seine Analyse erforderte komplexe Modelle, um die extremen Rotationsbewegungen zu berücksichtigen.
Diese Entdeckung erweitert die Grenzen der aktuellen Instrumente. Die Interferometer LIGO, Virgo und KAGRA mussten ein zwanzigmal stärkeres Signal als üblich verarbeiten. Sie ebnet auch den Weg für ein besseres Verständnis der intermediären Schwarzen Löcher.
Ein Rätsel für die Theorie
Die Rotationsgeschwindigkeit der Schwarzen Löcher näherte sich der von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Grenze. Diese Eigenschaft macht ihre Dynamik schwer modellierbar.
Astrophysiker wissen noch nicht, wie sich so massereiche Schwarze Löcher begegnen konnten. Ihre Umgebung oder hierarchische Entstehung sind Gegenstand von Spekulationen. Die gesammelten Daten werden Jahre der Forschung anregen.
Dieser Extremfall zeigt, dass die Gravitationsastronomie noch in den Kinderschuhen steckt. Zukünftige, empfindlichere Detektoren könnten noch überraschendere Phänomene enthüllen. GW231123 wäre dann nur ein Vorgeschmack.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: California Institute of Technology