An Einsteins Grenzen: Ligo findet Schwarze Löcher, die eigentlich zu groß zum Sterben sind
Ein internationales Team von Physiker:innen hat die bislang massereichste Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher nachgewiesen. Die Entdeckung wurde auf der Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves im schottischen Glasgow vorgestellt.
Das Signal mit der Kennung GW231123 wurde von den Detektoren der Ligo/Virgo/Kagra-Kollaboration aufgefangen. Aus der Kollision zweier Schwarzer Löcher mit rund 100 und 140 Sonnenmassen ging ein neues, einzelnes Schwarzes Loch mit einer Gesamtmasse von 225 Sonnen hervor. Das übertrifft den bisherigen Rekordhalter GW190521 deutlich, der 2020 für Aufsehen sorgte.
Ein Signal an der Grenze des Messbaren
Die Bekanntgabe der Entdeckung ließ einige Zeit auf sich warten. Wie aus den beteiligten Instituten zu hören ist, lag das an der Komplexität des Signals. Die beiden ursprünglichen Schwarzen Löcher rotierten mit extrem hoher Geschwindigkeit, nahe an der physikalischen Grenze, die Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie vorgibt.
Diese hohe Eigendrehung, der sogenannte Spin, verformt die entstehenden Gravitationswellen auf eine Weise, die ihre Analyse erheblich erschwert. Laut einer Mitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (AEI) in Hannover und Potsdam, das eine führende Rolle in der Analyse spielt, waren dafür hoch entwickelte Wellenformmodelle notwendig, um die Signatur überhaupt aus den Daten herausfiltern zu können.
Zu groß für eine Supernova
Die eigentliche wissenschaftliche Bedeutung von GW231123 liegt in der Masse seiner beiden Vorläufer. Nach aktuellem Stand der Astrophysik können Sterne, die am Ende ihres Lebenszyklus als Supernova explodieren, keine Schwarzen Löcher dieser Größenordnung hinterlassen. Dies stellt die gängigen Theorien zur Sternentwicklung infrage.
Die wahrscheinlichste Erklärung für die Existenz solcher massereichen Objekte ist die sogenannte „hierarchische Verschmelzung“. Bei diesem Prozess, über den die Wissenschaft seit Längerem spekuliert, verschmelzen zunächst kleinere Schwarze Löcher. Die dabei entstehenden, bereits größeren Schwarzen Löcher können dann in einem zweiten oder dritten Schritt selbst miteinander kollidieren und so schrittweise an Masse gewinnen. GW231123 wäre, wie Ars Technica berichtet, ein starkes Indiz für die Richtigkeit dieser Theorie.
Eine Herausforderung für die Zukunft
Die Entdeckung ist somit mehr als nur ein neuer numerischer Rekord. Sie liefert nicht nur wichtige Daten für die Grundlagenforschung, sondern stellt auch die Analysemethoden selbst auf die Probe. Ed Porter vom Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) im französischen Paris fasst die Bedeutung in einer Pressemitteilung der Kollaboration so zusammen: „Die Entdeckung eines so massereichen und sich schnell drehenden Systems stellt nicht nur eine Herausforderung für unsere Datenanalysetechniken dar, sondern wird auch einen großen Einfluss auf die theoretischen Studien zur Entstehung von Schwarzen Löchern und zur Wellenformmodellierung für viele Jahre haben.“
Die Messung erfolgte im vierten Beobachtungslauf des globalen Detektor-Netzwerks. Dieses besteht aus den beiden US-Ligo-Detektoren in Hanford, Washington, und Livingston, Louisiana, dem Virgo-Detektor im italienischen Pisa und dem unterirdischen Kagra-Detektor in Japan. Ein fünfter Detektor, Ligo-India, befindet sich im Bau und soll nach 2025 die Präzision des Netzwerks weiter erhöhen. Während die Technologie also Fortschritte macht, liefert sie gleichzeitig Ergebnisse, die aufzeigen, wie viel über die fundamentalen Prozesse im Universum noch unbekannt ist.
Alle Ergebnisse und Detailanalysen können im auf Arxiv veröffentlichten Paper der Kollaboration nachgelesen werden.
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