Verschmelzung bislang schwerster Schwarzer Löcher

Raumzeit erzittert

Foto: Pixabay/David Mark
Foto: Pixabay/David Mark

HANNOVER/CAMBRIDGE: Bei vielen Nicht-Physikern dürfte das die Vorstellungskraft sprengen. Forscher haben die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher beobachtet - in einer kaum fassbaren Entfernung.

Quer durch das halbe Universum haben Forscher die bislang massereichste gemessene Verschmelzung Schwarzer Löcher beobachtet. Die Observatorien Ligo in den USA und Virgo in Italien registrierten am 21. Mai 2019 die Gravitationswellen vom Crash zweier Schwerkraftmonster mit knapp 66 und 85 Mal so viel Masse wie unsere Sonne. Das resultierende Schwarze Loch mit 142 Sonnenmassen sei das erste aus dem mittleren Massebereich, das jemals beobachtet worden sei, berichten die Forscherinnen und Forscher, die ihre Messungen in zwei Fachaufsätzen in den Journalen «Physical Review Letters« und «Astrophysical Journal Letters» vorstellen.

Die Verschmelzung fand vor rund sieben Milliarden Jahren statt, als das Universum erst halb so alt war wie heute. Sie hat eine Energie freigesetzt, die nach Albert Einsteins Masse-Energie-Äquivalenz E=mc^2 rund acht Sonnenmassen entspricht. Das bedeutet, etwa die achtfache Masse unserer Sonne ist als Energie in die Erzeugung der Gravitationswellen geflossen. Das hat die Raumzeit so sehr zum Beben gebracht, dass dies auch in einer Entfernung von heute rund 16 Milliarden Lichtjahren auf der Erde noch nachweisbar war. Die Verschmelzung ist damit nicht nur das massereichste, sondern auch das fernste Ereignis, das die Gravitationswellendetektoren bislang registriert haben.

«Dies sieht nicht so sehr aus wie das Zirpen, das wir normalerweise beobachten», erläuterte Virgo-Wissenschaftler Nelson Christensen in einer Mitteilung. «Dies ist mehr etwas, das «Peng» macht, und es ist das massereichste Signal, das Ligo und Virgo gesehen haben.» Die Gravitationswellenobservatorien hätten «ihren bislang dicksten Fisch gefangen», formulierte das an der Entdeckung beteiligte Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam und Hannover.

Das Signal mit der Katalognummer GW190521 dauerte nur rund eine Zehntelsekunde und zeigte lediglich zwei spiralförmige Umläufe der Schwarzen Löcher, bevor sie schließlich miteinander verschmolzen sind. «Trotz der kurzen Dauer konnten wir zeigen, dass das Signal einem entspricht, das wir - wie von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt - von verschmelzenden Schwarzen Löchern erwarten», berichtete die Direktorin am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Alessandra Buonanno. «Uns wurde klar, dass wir erstmals Zeuge der Geburt eines mittelschweren Schwarzen Lochs waren, dessen einer Elternteil höchstwahrscheinlich selbst aus einer früheren Verschmelzung eines Doppelsystems hervorgegangen ist.»

Mittelschwere Schwarze Löcher haben 100 bis 100.000 Mal so viel Masse wie unsere Sonne. Die Verschmelzung liefert den ersten eindeutigen Nachweis für ein Schwarzes Loch aus dieser Klasse. Während kleinere Schwarze Löcher bei Sternexplosionen entstehen, finden sich größere in den Zentren von Galaxien wie unserer Milchstraße, wo sie sich große Mengen Materie einverleibt haben.

Die Massen der beiden Schwarzen Löcher, deren Verschmelzung nun registriert wurde, bereiten den Astrophysikern allerdings noch Kopfzerbrechen, denn insbesondere ein Schwarzes Loch mit 85 Sonnenmassen sollte eigentlich gar nicht entstehen können. Nur Sterne bis etwa 130 Sonnenmassen stürzen der Theorie zufolge in einer Supernovaexplosion zu Schwarzen Löchern zusammen, die dann jedoch höchstens 65 Sonnenmassen haben sollten. Schwerere Sterne verlieren demnach durch wiederholte heftige Ausbrüche so viel Masse, dass sie am Ende wieder nur ein Schwarzes Loch mit weniger als 65 Sonnenmassen erzeugen.

Noch schwerere Sterne mit mehr als 200 Sonnenmassen könnten dagegen der Theorie zufolge am Ende ihrer Existenz direkt zu einem Schwarzen Loch zusammenstürzen, das dann aber mehr als 120 Sonnenmassen haben sollte. Zwischen 65 und 120 Sonnenmassen dürfte es also gar keine Schwarzen Löcher geben. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler halten es für am wahrscheinlichsten, dass der größere der beiden Vorläufer selbst schon das Ergebnis einer Verschmelzung entsprechend kleinerer Schwarzer Löcher gewesen ist.

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Thomas 20.09.20 17:07
Mhhh,
Schwarze Löcher entstehen durch das ausbrennen und Zusammenfallen von bestimmten Sonnengrößen, daher ist die Masse für schwarze Löcher derzeit also noch da. - Das sich aber mit weiterer Entfernung allem voneinander erst kaum noch schwarze Löcher begegnen werden erschient logisch, und auch das irgendwann auch keine Galaxien und Sonnensysteme entstehen, weil alles so weit weg voneinander ist. - Was aber bei weiterer Ausdehnung folgen könnte ist genau so krass, wie alles an einen Punkt zurück. Aber ich bin recht sicher, das die Menschheit DARÜBER keine Gedanken machen muss als möglichen "Menschheit" Auslöschungs-Grund. Solange schafft unsere Spezies das mit den eigentlich einfachen aktuellen Problemen einfach nicht. Ich wäre schon froh wenn es noch bis 2050 reicht, also meinem 85. Aber schon die Chancen sind recht wage (für die Menschheit).
Hans-Dieter Volkmann 20.09.20 15:52
Verschmelzung schwarzer Löcher
Nach heutigen Erkenntnissen ist die Verschmelzung schwarzer Löcher nichts ungewöhnliches. Ebenso wird beobachtet dass das Universum mit immer höherer Geschwindigkeit, je weiter von uns entfernt, sich ausdehnt. Zwei Fakten die für mich anscheinend keine gemeinsame Zukunft haben. Gewinnt die Ausdehnung Oberhand dann hat die weitere Bildung von schwarzen Löchern keine Chance, weil keine b.z.w. zu wenig Materie vorhanden. Sollte aber die Ausdehnung gestoppt werden, warum auch immer, dann werden wohl schwarze Löcher die Oberhand gewinnen und in ferner Zukunft nur noch ein einziges schwarzes Loch übrig sein. Dann werden Dinge geschehen von denen unsere Wissenschaftler heute noch keine Vorstellung haben. Spätesten dann wird alles, das letzte schwarze Loch, zum Ursprung aller Geschehnisse zurück kehren.
Hansruedi Bütler 20.09.20 13:52
Analog sprengt auch bei Nicht-Politikern das
"Verschmelzen" unheimlich hoher Summen, ein kaum fassbares Vorstellungsvermögen.
Auch dort entstehen schwarze Finanz-Löcher, die eigentlich gar nicht so klein geraten sind, wie sie eigentlich sein könnten!