Zum ersten Mal haben Wissenschaftler direkt die Rückstoßgeschwindigkeit eines neu entstandenen Schwarzen Lochs nach einer katastrophalen Verschmelzung gemessen und liefern damit einzigartige Einblicke in diese extremen Ereignisse.
Wenn zwei Schwarze Löcher sehr unterschiedlicher Größe kollidieren, erzeugen sie Gravitationswellen – diese von Albert Einstein vorhergesagten Krümmungen der Raumzeit. Der Massenunterschied zwischen den beiden Objekten erzeugt ein Ungleichgewicht, das das entstandene Schwarze Loch mit erheblicher Geschwindigkeit fortschleudert: Astrophysiker bezeichnen dies als "Geburtstritt".
Diese Entdeckung wurde durch die Analyse des Signals GW190412 ermöglicht, das 2019 aufgezeichnet wurde.
Durch die Untersuchung der Eigenschaften der beiden ursprünglichen Schwarzen Löcher – ihrer Masse und Rotationsgeschwindigkeit – mithilfe von Gravitationswellen konnten sie die Richtung und Geschwindigkeit des Rückstoßes des resultierenden Schwarzen Lochs bestimmen.
Das Ergebnis ist atemberaubend: Das Schwarze Loch wurde mit über 50 km/s (etwa 180.000 km/h) herausgeschleudert. Mit dieser Geschwindigkeit könnte es die Strecke zwischen Paris und Tokio (9.700 km) in drei Minuten zurücklegen. Eine solche Bewegung reicht aus, um das Schwarze Loch aus seinem ursprünglichen Sternhaufen auszustoßen. Dies verhindert, dass es erneut mit anderen verschmilzt, und begrenzt so die Bildung supermassereicher Schwarzer Löcher.
Das Verständnis dieser Mechanismen ist entscheidend, um die Entwicklung großer kosmischer Strukturen und das Wachstum Schwarzer Löcher im Laufe der Zeit nachzuvollziehen.
Dieser Durchbruch ebnet auch den Weg für künftige Beobachtungen, die Gravitationswellen und sichtbares Licht kombinieren und einen neuen Blick auf die gewalttätigsten Phänomene des Universums bieten. Wie ein Mitautor der Studie betonte, demonstrieren diese Ergebnisse die Kraft der Gravitationswellen als Werkzeug zur Erforschung des Unsichtbaren.
Animation der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher
Quelle: SXS Gravitationswellen
Gravitationswellen sind Verzerrungen der Raumzeit, die durch extrem energiereiche astrophysikalische Ereignisse wie die Verschmelzung Schwarzer Löcher oder Neutronensterne entstehen. Von Albert Einstein 1916 vorhergesagt, wurden sie erstmals 2015 vom Interferometer LIGO beobachtet.
Diese Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und ermöglichen die Detektion von Phänomenen, die für klassische Teleskope unsichtbar sind. Die Detektoren, hochpräzise Instrumente, messen winzige Abstandsänderungen in der Größenordnung eines Bruchteils eines Atoms.
Die Analyse dieser Signale liefert wertvolle Informationen über Masse, Rotation und Entfernung der beteiligten Objekte und revolutioniert unser Verständnis des Universums.
Schwarze Löcher und ihre Entstehung
Ein Schwarzes Loch ist eine Region des Weltraums, in der die Schwerkraft so intensiv ist, dass nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann. Sie entstehen typischerweise aus dem Kollaps massereicher Sterne am Ende ihres Lebens, können aber auch aus der Verschmelzung mehrerer kleinerer Schwarzer Löcher hervorgehen.
Wenn sie verschmelzen, setzen diese Himmelskörper kolossale Energie in Form von Gravitationswellen frei. Masse und Größe der Schwarzen Löcher bestimmen dann die Intensität des Ereignisses und die Eigenschaften des resultierenden Schwarzen Lochs.
"Geburtstritte" wie der im Ereignis GW190412 beobachtete spielen eine wichtige Rolle: Indem sie bestimmte Schwarze Löcher aus ihrer stellaren Umgebung ausstoßen, verhindern sie die Häufung aufeinanderfolgender Verschmelzungen. Dies begrenzt das Wachstum dieser Objekte zu supermassereichen Schwarzen Löchern, die im Zentrum von Galaxien thronen.
Quelle: Nature Astronomy