Treffen Sie GW190521 – eine Fusion durch ein schwarzes Loch für die Rekordbücher

Numerische Simulation von zwei Schwarzen Löchern, die sich inspirieren und verschmelzen und dabei Gravitationswellen aussenden. Die Schwarzen Löcher haben große und nahezu gleiche Massen, wobei eines nur 3% massereicher ist als das andere.

Die LIGO/VIRGO-Kollaboration hat ein Gravitationswellensignal von einer anderen Verschmelzung schwarzer Löcher aufgefangen – und es ist ein Signal, das für die Rekordbücher bestimmt ist.

Die Fusion ist die massivste und am weitesten entfernte, die bisher von der Kollaboration entdeckt wurde. Das Signal reiste eine Milliarde Jahre lang durch das Universum, bevor es die Erde erreichte. Die Fusion bei Bitcoin Up erzeugte auch das energiereichste Signal, das bisher entdeckt wurde und sich in den Daten eher als „Knall“ denn als das übliche „Zwitschern“ zeigt. Und das neue Schwarze Loch, das aus der Verschmelzung hervorgeht, ist das seltenste von allen, was seine mittlere Masse betrifft (etwa 150-mal so schwer wie unsere Sonne), so dass dies die erste direkte Beobachtung eines Schwarzen Lochs mittlerer Masse ist.

„Eines der großen Rätsel der Astrophysik ist die Frage, wie supermassereiche Schwarze Löcher entstehen“, sagte Christopher Berry von der Northwestern University. „Es sind die Millionen Sonnenmassen-Elefanten in diesem Raum. Entstehen sie aus Schwarzen Löchern mit stellarer Masse, die entstehen, wenn ein Stern kollabiert, oder werden sie auf unentdecktem Wege geboren? Wir haben lange nach einem Schwarzen Loch mittlerer Masse gesucht, um die Kluft zwischen stellarer Masse und supermassiven Schwarzen Löchern zu überbrücken. Jetzt haben wir den Beweis, dass Schwarze Löcher mit mittlerer Masse tatsächlich existieren.

Einzelheiten zu dieser jüngsten Entdeckung mit dem Titel GW190521 erschienen heute in zwei gleichzeitig in Physical Review Letters und Astrophysical Journal Letters veröffentlichten Artikeln. Ersterer beschreibt im Detail die Entdeckung des Gravitationswellensignals, während letzterer die physikalischen Eigenschaften des Signals und seine astrophysikalischen Implikationen erörtert.

Auf der Jagd nach Fusionen

LIGO detektiert Gravitationswellen mittels Laserinterferometrie, wobei Hochleistungslaser eingesetzt werden, um winzige Änderungen des Abstands zwischen zwei kilometerweit voneinander entfernten Objekten zu messen. (LIGO verfügt über Detektoren in Hanford, Washington, und in Livingston, Louisiana. Ein dritter Detektor in Italien, Advanced VIRGO, wurde 2016 in Betrieb genommen). Am 14. September 2015 um 5:51 Uhr EST empfingen beide Detektoren innerhalb von Millisekunden Signale für den allerersten direkten Nachweis von zwei Schwarzen Löchern, die sich spiralförmig nach innen aufeinander zu bewegten und zu einem massiven Kollisionsereignis verschmolzen, das starke Schockwellen durch die Raumzeit sandte.

LIGO wurde aufgerüstet und hat seitdem zwei weitere Läufe durchgeführt, die am 1. April 2019 zum dritten Mal durchgeführt wurden. Innerhalb eines Monats wurden im Rahmen der Zusammenarbeit fünf weitere Gravitationswellen-Ereignisse entdeckt: drei von fusionierenden Schwarzen Löchern, eines von einer Neutronenstern-Verschmelzung und ein weiteres, das möglicherweise die erste Instanz einer Neutronenstern/Schwarzes-Loch-Verschmelzung war. (Für Hardcore-LIGO-Fans gibt es jetzt eine iPhone-App, mit der man die Ankündigungen der Ereignisse verfolgen kann, wobei eine Android-Version in Arbeit ist).
Weiterführende Lektüre

Astronomen glauben, dass diese Kollision mit Schwarzen Löchern mit Licht explodiert sein könnte

Vor kurzem, im Juni 2020, kündigte die Zusammenarbeit die Entdeckung einer binären Schwarz-Loch-Fusion am 21. Mai 2019 an (bezeichnet als S190521g). Dieses binäre System hat sich möglicherweise in der Akkretionsscheibe gebildet, die ein supermassives Schwarzes Loch im Zentrum bei Bitcoin Up einer Galaxie umgibt. Es könnte auch der erste Beweis dafür sein, dass es ungewöhnliche Bedingungen geben könnte, unter denen eine solche Verschmelzung eine begleitende Lichtexplosion hervorrufen könnte.

Im vergangenen Jahr begannen Gerüchte über ein neues Kandidatenereignis mit einem Signal, das auf eine viel massivere Schwarze-Loch-Fusion hindeutete als frühere Entdeckungen. Diese Gerüchte haben sich nun bestätigt. Am 21. Mai 2019 empfingen die Detektoren der Kollaboration das verräterische Signal einer binären Schwarz-Loch-Fusion: vier kurze Wiggles, die weniger als eine Zehntelsekunde dauerten. Je kürzer das Signal ist, desto massiver sind die Schwarzen Löcher, die fusionieren – in diesem Fall 85 bzw. 66 Sonnenmassen. Die Schwarzen Löcher verschmolzen zu einem neuen, noch größeren Schwarzen Loch mit etwa 142 Sonnenmassen, das dabei das energetische Äquivalent von acht Sonnenmassen emittiert – das ist das starke Signal, das von den Detektoren aufgenommen wird.