Ein neuer Katalog, veröffentlicht in der Zeitschrift
Astrophysical Journal Letters, fasst 128 gewaltsame kosmische Ereignisse zusammen, die in weniger als einem Jahr entdeckt wurden.
Diese Ereignisse sind Gravitationswellen, Kräuselungen der Raumzeit, die erzeugt werden, wenn zwei sehr massereiche Objekte, wie Schwarze Löcher, kollidieren. Diese Wellen breiten sich durch das Universum aus und können auf der Erde mit extrem empfindlichen Instrumenten nachgewiesen werden. Die Observatorien LIGO, Virgo und KAGRA arbeiten zusammen, um diese winzigen Signale einzufangen.
Wenn zwei schwarze Löcher kollidieren und verschmelzen, setzen sie Gravitationswellen frei. Diese Wellen werden von den Observatorien LIGO-Virgo-KAGRA auf der Erde nachgewiesen, was es Wissenschaftlern ermöglicht, die Masse und Rotation der Schwarzen Löcher zu bestimmen.
Bildnachweis: Maggie Chiang für Simons Foundation Seit der ersten Entdeckung im Jahr 2015 hat die Zahl der Beobachtungen stetig zugenommen. Mit diesem neuen Katalog erreichen die Wissenschaftler einen wichtigen Meilenstein. In nur wenigen Monaten Beobachtungszeit haben sie mehr Signale aufgezeichnet als in allen vorherigen Kampagnen zusammen.
Diese Häufung verändert die Art und Weise, wie Astronomie betrieben wird. Die Forscher beschränken sich nicht mehr darauf, einzelne Fälle zu untersuchen. Sie können nun ganze Populationen von Schwarzen Löchern analysieren und deren Eigenschaften, wie Masse oder Rotationsgeschwindigkeit, vergleichen.
Zu den bemerkenswerten Entdeckungen gehört eine außergewöhnliche Kollision zwischen zwei Schwarzen Löchern mit jeweils etwa der 130-fachen Masse der Sonne. Das ist deutlich mehr als bei der Mehrheit der bisher beobachteten Systeme, die sich um etwa 30 Sonnenmassen drehen. Eine solche Masse deutet darauf hin, dass diese Objekte selbst aus früheren Kollisionen hervorgegangen sind.
Andere Signale fallen ebenfalls aus dem Rahmen. Einige zeigen Schwarze Löcher, die sich mit schwindelerregender Geschwindigkeit, nahe der halben Lichtgeschwindigkeit, um sich selbst drehen. Andere wiederum enthüllen sehr unausgewogene Systeme, bei denen ein Objekt viel massereicher ist als sein Partner.
Das LIGO-Projekt betreibt zwei Detektionsstandorte: einen nahe Hanford im Bundesstaat Washington und einen anderen nahe Livingston in Louisiana.
Bildnachweis: LIGO Collaboration
Diese Beobachtungen helfen zu verstehen, wie Schwarze Löcher entstehen. Sie deuten darauf hin, dass einige in sehr dichten Umgebungen geboren werden, in denen aufeinanderfolgende Kollisionen möglich sind. Das Universum erscheint so als ein dynamischer Ort in ständiger Veränderung.
Gravitationswellen bieten auch eine einzigartige Möglichkeit, Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie zu testen. Diese Theorie beschreibt die Schwerkraft als eine Verzerrung von Raum und Zeit. Die Kollisionen von Schwarzen Löchern, zu den extremsten bekannten Phänomenen gehörend, bilden ein ideales Testfeld, um zu überprüfen, ob ihre Vorhersagen nach wie vor gelten.
Bisher bestätigen die Ergebnisse die Robustheit dieser Theorie. Die beobachteten Signale stimmen sehr genau mit dem überein, was sie vorhersagt. Doch die Wissenschaftler suchen weiterhin nach möglichen Abweichungen, die neue physikalische Gesetze aufdecken könnten.
Schließlich ermöglichen diese Daten, eine weitere große Frage anzugehen: die Geschwindigkeit der Expansion des Universums. Durch die Analyse von Gravitationswellen lässt sich die Entfernung der Quellen direkt abschätzen. Dies bietet eine unabhängige Methode zur Berechnung der Hubble-Konstante, einem Schlüsselparameter in der Kosmologie.
Erste Schätzungen aus diesem Katalog deuten auf eine Expansion von etwa 76 Kilometern pro Sekunde und pro Megaparsec hin. Auch wenn diese Messung noch verfeinert werden muss, trägt sie dazu bei, eine weiterhin offene wissenschaftliche Debatte zu bereichern.
Mit diesen neuen Beobachtungen verwandeln die Gravitationswellendetektoren nach und nach unsere Sicht auf den Kosmos. Was früher unsichtbar war, wird nun messbar und ebnet den Weg zu einer immer präziseren Erforschung des Universums.
Quelle: CNRS IN2P3