Universum: Fusion der schwersten Schwarzen Löcher gemessen – vor 7 Milliarden Jahren – Führung

Für viele Nichtphysiker ist dies unvorstellbar. Wissenschaftler haben die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher gemessen – in nahezu unmöglicher Entfernung.

Wissenschaftler in der Hälfte des Universums haben die bislang massivste Verschmelzung von Schwarzen Löchern beobachtet. Das Observatorien Ligo in den USA und Virgo in Italien zeichnete die Gravitationswellen vom Zusammenbruch zweier Gravitationsmonster mit fast 66- und 85-mal so großer Masse wie unsere Sonne am 21. Mai 2019 auf.

Es geschah vor ungefähr sieben Milliarden Jahren

Das resultierende Schwarze Loch mit 142 Sonnenmassen ist das erste aus dem mittleren Massenbereich, das jemals beobachtet wurde, berichten die Forscher, die ihre Messungen in zwei speziellen Artikeln in den „Physical Review Letters“ und „Astrophysical Journal Letters“ präsentieren.

Die Fusion fand vor etwa sieben Milliarden Jahren statt, als das Universum nur halb so alt war wie heute. Es setzte eine Energie frei, die nach Albert Einsteins Masse-Energie-Äquivalent E = mc ^ 2 etwa acht Sonnenmassen entspricht.

Dies bedeutet, dass etwa die achtfache Masse unserer Sonne als Energie in die Bildung von Gravitationswellen floss. Dies ließ die Raumzeit so stark zittern, dass sie heute noch in einer Entfernung von etwa 16 Milliarden Lichtjahren auf der Erde entdeckt werden konnte.

Die Fusion ist daher nicht nur das massereichste, sondern auch das am weitesten entfernte Ereignis, das Schwerkraftwellendetektoren bisher aufgezeichnet haben.

Das Signal dauerte nur eine Zehntelsekunde

„Dies sieht nicht nach dem Twittering aus, das wir normalerweise sehen“, sagte Virgin Researcher Nelson Christensen in einer Pressemitteilung. „Dies ist eher etwas, das ‚Knall‘ erzeugt, und es ist das massivste Signal, das Ligo und Virgo gesehen haben.“ Die Gravitationswellenobservatorien haben „ihre bisher dicksten Fische gefangen“, sagte das an der Entdeckung beteiligte Max-Planck-Institut. Schwerkraftphysik in Potsdam und Hannover.

Das Signal mit der Katalognummer GW190521 dauerte nur etwa eine Zehntelsekunde und zeigte nur zwei spiralförmige Schaltkreise um die Schwarzen Löcher, bevor sie schließlich verschmolzen.

„Trotz der kurzen Dauer konnten wir zeigen, dass das Signal dem entspricht, was wir von der Verschmelzung von Schwarzen Löchern erwarten – wie von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt“, berichtete Alessandra Buonanno, Direktorin des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik. „Uns wurde klar, dass wir als erste Zeuge der Geburt eines Schwarzgewichts im Mittelgewicht waren, dessen Eltern wahrscheinlich selbst aus einer früheren Fusion eines binären Systems hervorgegangen sind.“

► Mittelschwere Schwarze Löcher haben 100- bis 100.000-mal so viel Masse wie unsere Sonne. Die Fusion liefert den ersten eindeutigen Beweis für ein Schwarzes Loch aus dieser Klasse. Während bei Sternexplosionen kleinere Schwarze Löcher entstehen, finden sich größere in Zentren für Galaxien wie unsere Milchstraße, wo sie große Mengen an Materie absorbiert haben.

Astrophysiker können diese Massen nicht erklären

Die Massen der beiden Schwarzen Löcher, deren Verschmelzung inzwischen aufgezeichnet wurde, verursachen Astrophysikern immer noch Kopfschmerzen, da ein Schwarzes Loch mit insbesondere 85 Sonnenmassen eigentlich nicht auftreten sollte.

Nach der Theorie kollabieren bei einer Supernova-Explosion nur Sterne bis zu etwa 130 Sonnenmassen in Schwarzen Löchern, die dann maximal 65 Sonnenmassen haben müssen. Schwerere Sterne verlieren durch wiederholte heftige Eruptionen so viel Masse, dass sie schließlich nur ein Schwarzes Loch mit weniger als 65 Sonnenmassen erzeugen.

Selbst schwerere Sterne mit mehr als 200 Sonnenmassen könnten dagegen am Ende ihrer Existenz theoretisch in ein Schwarzes Loch zusammenbrechen, das dann mehr als 120 Sonnenmassen haben müsste. Es sollten also keine Schwarzen Löcher zwischen 65 und 120 Sonnenmassen vorhanden sein. Die Forscher glauben, dass es höchstwahrscheinlich ist, dass der größere der beiden Vorläufer an sich das Ergebnis einer Fusion ähnlich kleinerer Schwarzer Löcher war.