Astrophysik Bang! Fusion riesiger Schwarzer Löcher erzeugt gewaltige Gravitationswelle

02. September 2020, 14:44 Uhr

Vermutlich durch die Verschmelzung zweier riesiger Schwarzer Löcher entstand eine enorm starke Gravitationswelle. Dabei wurden acht Sonnenmassen in Energie umgewandelt, wie Forscher auf der Erde jetzt gemessen haben.

von Clemens Haug

Für die Forscher ist es eine Sensation, auch wenn das Signal mit der Katalognummer GW190521 gerade mal eine Zehntelsekunde dauerte und nur aus vier kurzen Wackelbewegungen stammte. Die beiden LIGO Laserinferometer in den USA und ihre Schwestereinrichtung VIRGO in Italien haben am 21. Mai 2019 die bislang stärkste jemals festgestellte Gravitationswelle gemessen. Als Quelle vermuten die Wissenschaftler die Fusion zweier riesiger Schwarzer Löcher in 6,9 Milliarden Lichtjahren Entfernung.

Albert Einsteins Theorien sagten Gravitationswellen vorher

Die Forschungsteams präsentieren ihre Daten und Überlegungen in zwei Aufsätzen für die Fachjournale "Physical Review Letters" und "The Astrophysical Journal Letters". Demnach verschmolzen ein 66 und ein 85 Sonnenmassen schweres schwarzes Loch zu einem 142 Sonnenmassen großen neuen Loch. Dabei kam es zu einer Explosion, bei der 8 Sonnenmassen in die enorme Gravitationswelle umgewandelt wurden, die die Wissenschaftler dann im vergangenen Jahr auf der Erde messen konnten.

Gravitationswellen sind von Albert Einstein vorausgesagte Erschütterungen von Raum und Zeit, die entstehen, wenn besonders schwere Objekte im Universum miteinander kollidieren. Viele Jahrzehnte lang gab es über dieses Phänomen nur Theorien. Erst 2015 konnte die erste Welle von den beiden LIGO-Detektoren in den USA gemessen werden. Seither gibt es allerdings fast jede Woche neue Messungen.

Mittelmassives Schwarzes Loch ist eine Zwischengröße

Das jetzt beschriebene Signal schert allerdings aus den bekannten Mustern aus. Laut Nelson Christensen, Forscher am europäischen VIRGO-Detektor, entspricht es nicht dem üblichen Zwitschern. "Das ist eher etwas, das Bang macht und es ist das gewaltigste Signal, das LIGO und VIRGO je gesehen haben", sagt der Forscher.

Ob die Quelle tatsächlich zwei verschmelzende Schwarze Löcher sind, ist nicht völlig sicher. Aber das Signal passt offenbar gut zu einem Szenario, dass die Forscher für die Geburt eines mittelmassiven Schwarzen Lochs halten. Löcher dieser Größe wurden bislang kaum beobachtet und sind nur schwer zu erklären. Theoretisch müsste es sie aber geben. Sie stellen eine Art Zwischenstufe zwischen stellaren und supermassiven Schwarzen Löchern dar. "Gewöhnliche", stellare Schwarze Löcher haben eine Masse von drei bis 100 Sonnen. Sie werden deshalb stellar genannt, weil sie in den meisten Fällen durch den Kollaps massiver Sterne entstanden sind. Auf der anderen Seite stehen die Supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien, wie Sagittarius A* in der Mitte unserer Milchstraße. Sgt A* hat 4,1 Millionen Sonnenmassen, doch es gibt noch weit größere Exemplare.

Mehr Fragen als Antworten

Sollte die Theorie der Verschmelzung für die jetzt beobachtete Gravitationswelle stimmen, wäre auch die Masse der beiden verschmelzenden Löcher stark erklärungsbedürftig. Aufgrund physikalischer Gesetze gibt es das Phänomen der sogenannten "Paar-Instabilität". Sterne in einem bestimmten Größenbereich sollten bei einer Explosion keinerlei Reste zurücklassen. Deshalb dürfte es keine Schwarzen Löcher mit einem Gewicht zwischen 65 und 120 Sonnenmassen geben. Dass hier nun aber offenbar zwei Exemplare in genau diesem Größenbereich verschmolzen sind, wirft viele Fragen auf. Sind sie selbst durch Verschmelzungen entstanden?

"Dieses beobachtete Ereignis wirft mehr Fragen auf, als es Antworten gibt", sagt LIGO-Mitglied Alan Weinstein, Professor für Physik, erfeut. "Aus der Perspektive der Entdeckung und der Physik ist es eine sehr aufregende Sache."