Die Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2023 enthüllte ein kosmisches Ereignis, das die bekannten Gesetze der Astrophysik zu erschüttern schien und Wissenschaftler vor ein Rätsel stellte: eine Kollision massereicher Objekte.
Diese von irdischen Observatorien aufgezeichneten Wellen stammten von der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher in etwa sieben Milliarden Lichtjahren Entfernung, deren Massen und hohe Rotation etablierte Modelle widersprachen. Nach aktuellen Theorien sollten solche Schwarzen Löcher mit 100- und 140-facher Sonnenmasse, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit drehen, nicht aus massereichen Sternen entstehen, deren einzig bekanntes Ende eine Explosion als "Paar-Instabilitäts-Supernova" ist, die die gesamte Materie des Sterns zerstreut.
Künstlerische Darstellung zweier Schwarzer Löcher im Orbit vor ihrer Verschmelzung. Wissenschaftler haben das Rätsel einer als unmöglich geltenden Kollision gelöst.
Bildrechte: NASA Forscher des Flatiron Institute haben sich dieser Herausforderung gestellt, indem sie Simulationen entwickelten, die die Entwicklung der Vorläufersterne von ihrer Entstehung bis zu ihrem Tod als Supernova nachzeichnen. Sie integrierten ein oft vernachlässigtes Element: Magnetfelder, die eine Schlüsselrolle in der Dynamik nach dem Kollaps spielen. Dieser Ansatz ermöglichte es zu modellieren, wie Rotation und magnetische Kräfte die verbleibende Materie um die entstehenden Schwarzen Löcher beeinflussen.
Die Simulationen zeigten, dass bei schnell rotierenden Sternen Magnetfelder einen Teil der Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausstoßen können, wodurch die endgültige Masse des Schwarzen Lochs reduziert wird. Dieser Mechanismus erklärt, warum Schwarze Löcher mittlerer Masse, die zuvor als verboten galten, tatsächlich entstehen können, ohne frühere Verschmelzungen zu benötigen, die ihre Rotation gestört hätten.
Diese Entdeckung stellt eine Verbindung zwischen der Masse Schwarzer Löcher und ihrer Rotationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Stärke der Magnetfelder her. Starke Felder führen zu leichteren und langsameren Schwarzen Löchern, während schwache Felder massereichere und schneller rotierende Objekte begünstigen. Diese Korrelation eröffnet neue Perspektiven, um astrophysikalische Modelle durch Beobachtungen von Gammablitzen zu testen, die mit diesen Formationen verbunden sind.
Die in
The Astrophysical Journal Letters veröffentlichte Arbeit bietet eine elegante Erklärung für ein zuvor unerklärliches Phänomen und unterstreicht die Bedeutung magnetischer Faktoren in der Sternentwicklung. Dieser Fortschritt könnte helfen, die Bildung kompakter Objekte im Universum besser zu verstehen.
Diagramm zur Entstehung "verbotener" Schwarzer Löcher, die zu einer "unmöglichen" Kollision führen.
Bildrechte: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation Gravitationswellen
Von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt, sind Gravitationswellen Störungen der Raumzeit, die durch gewalttätige kosmische Ereignisse wie die Verschmelzung Schwarzer Löcher oder Neutronensterne verursacht werden. Sie breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und können mit Interferometern wie LIGO und Virgo nachgewiesen werden, die winzige Abstandsänderungen messen. Diese Beobachtungen haben ein neues Fenster zum Universum geöffnet und ermöglichen die Untersuchung ansonsten unsichtbarer Phänomene wie Kollisionen kompakter Objekte.
Der Nachweis von Gravitationswellen hat die Astronomie revolutioniert, indem er direkte Beweise für die Existenz Schwarzer Löcher lieferte und Schlüsselaspekte der Grundlagenphysik bestätigte. Diese Daten helfen, unser Verständnis der Dynamik binärer Systeme und extremer Prozesse im Kosmos zu verfeinern.
Zukünftige Missionen wie der Weltraumdetektor LISA versprechen, diese Fähigkeit auf niedrigere Frequenzen auszudehnen und ältere oder massereichere Ereignisse zu erforschen. Dieser kontinuierliche Fortschritt bereichert unser Wissen über die Entwicklung des Universums und die es regierenden Gesetze, indem Beobachtungen mit robusteren Theorien über Gravitation und Materie verknüpft werden.
Quelle: The Astrophysical Journal Letters