Raum-Zeit-Wellen vom Rand der Galaxie
Wissenschaftler haben Gravitationswellen – die Wellen im Raum-Zeit-Gefüge – entdeckt, die aus der kosmischen Kollision zweier Schwarzer Löcher stammen, die spiralförmig ineinanderstürzten, weit jenseits der Grenzen unserer Milchstraße.
Beide Schwarzen Löcher hatten mehr als das 100-fache der Sonnenmasse, und aus ihrer Verschmelzung entstand ein neues, noch massiveres Schwarzes Loch – etwa 10 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Dieses Ereignis ist nicht nur das größte seiner Art, sondern wirft auch neue Fragen auf, wie solche enorm massereichen Objekte überhaupt entstehen können.
„Das sind die gewaltigsten Ereignisse, die wir im Universum beobachten können. Doch wenn die Signale die Erde erreichen, sind sie die schwächsten Phänomene, die wir messen können. Bis diese Wellen bei uns ankommen, sind sie fast unmerklich klein.“
Ein Wunder in einer Zehntelsekunde
Der entscheidende Moment ereignete sich am 23. November 2023 gegen 13:55 Uhr britischer Zeit. Die beiden amerikanischen LIGO-Observatorien – eines in Washington, das andere in Louisiana – registrierten gleichzeitig eine feine, kaum wahrnehmbare Raum-Zeit-Verzerrung, die nur eine Zehntelsekunde anhielt. Dies war die sogenannte „Abklingphase“, in der das neu entstandene Schwarze Loch förmlich „nachklingt“, bevor es stabil wird.
Die detaillierte Analyse brachte verblüffende Ergebnisse: Die kollidierenden Schwarzen Löcher hatten Massen von 103 und 137 Sonnenmassen und rotierten mit unglaublicher Geschwindigkeit – etwa 400.000 Mal schneller als die Erdrotation – nahe der theoretisch maximal möglichen Geschwindigkeit.
„Das sind die massereichsten Schwarzen Löcher, die wir je präzise über Gravitationswellen vermessen haben. Sie sind ungewöhnlich, weil sie genau in dem Massenbereich liegen, in dem wir aufgrund verschiedener physikalischer Phänomene eigentlich keine Schwarzen Löcher erwarten würden.“
Neue Schwarze Löcher – aus alten Verschmelzungen?
Die meisten Schwarzen Löcher entstehen, wenn ein Stern seinen Brennstoff verbraucht und unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert. Dabei wird die Raumzeit so stark verzerrt, dass nicht einmal Licht entkommen kann – das sogenannte Ereignishorizont.
Die LIGO-Forscher vermuten jedoch, dass die jetzt beobachteten Schwarzen Löcher bereits aus früheren Verschmelzungen hervorgegangen sind. Das würde ihre Größe und schnelle Rotation erklären, denn Verschmelzungen drehen das neu entstandene Objekt natürlich mit.
„Wir haben schon Hinweise darauf gesehen, aber das ist das extremste Beispiel, bei dem das wahrscheinlich wirklich so passiert ist“, ergänzt Hannam.
Übertrifft alle bisherigen kosmischen Begegnungen
Bisher haben Wissenschaftler etwa 300 Verschmelzungen Schwarzer Löcher anhand von Gravitationswellen registriert. Der bisherige Rekordhalter war ein Schwarzes Loch mit rund 140 Sonnenmassen – jetzt entstand ein Objekt mit bis zu 265 Sonnenmassen. Die Details werden am 22. Juli auf der GR-Amaldi-Konferenz in Glasgow vorgestellt.
Gravitationswellen öffnen ein neues Fenster zum Universum
Vor der Entdeckung der Gravitationswellen konnten Astronomen das All nur über elektromagnetische Strahlung wie sichtbares Licht, Infrarot oder Radiowellen erforschen. Jetzt sind auch Ereignisse „sichtbar“ geworden, die zuvor verborgen blieben.
„In der Wissenschaft passiert es oft, dass neue Blickwinkel aufs Universum ganz neue Entdeckungen bringen und unsere Weltsicht verändern. Mit den neuen Detektoren, die in den nächsten 10 bis 15 Jahren geplant sind, werden wir alle Verschmelzungen Schwarzer Löcher im Universum beobachten können – und vielleicht sogar Überraschungen erleben, die wir uns heute noch nicht vorstellen können.“
