Gravitationswellen: LIGO und Virgo beobachten ein unmögliches Schwarzes Loch

Astronomen haben zum ersten Mal die Bildung eines mittelgroßen Schwarzen Lochs auf der Grundlage von Gravitationswellen beobachtet. Die Entdeckung wurde mit den Detektoren der LIGO- und Virgo-Observatorien gemacht, die das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik am Mittwoch angekündigt hatte. Dementsprechend geht es darum, zwei Schwarze Löcher mit der größten bisher beobachteten und der am weitesten entfernten Gesamtmasse zusammenzuführen. Dies ist jedoch von besonderem wissenschaftlichem Interesse, da eines der beteiligten Schwarzen Löcher nicht mit aktuellen Modellen der Sternentwicklung übereinstimmt, wie die Forscher erklären.

Das Ereignis wurde GW190521 genannt und am 21. Mai 2019 beobachtet. Dies könnte die erste Fusion zweier Schwarzer Löcher sein, von denen Spuren auch im sichtbaren Licht gefunden wurden. Inzwischen haben Forscher es detailliert analysiert und weitere Details gefunden, auch wenn das Signal mit einer Länge von nur einer Zehntelsekunde sehr kurz war. Es umfasst daher vier Zyklen der Gravitationswelle und die Frequenz steigt während des Zeitraums von 30 Hertz auf 80 Hertz. Dementsprechend entsteht es aus der Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit der 66-fachen Sonnenmasse und eines mit der 85-fachen Sonnenmasse. Das resultierende Objekt von etwa 150 Sonnenmassen gehört zur einzigen indirekt beobachteten Klasse mit 100 bis 100.000 Sonnenmassen – dh. zwischen stellaren Schwarzen Löchern und den äußersten im Zentrum von Galaxien.

Dieses zweite Schwarze Loch verwirrt jetzt Wissenschaftler, denn so etwas sollte es eigentlich nicht geben. “Nachdem wir verstanden haben, wie Sterne altern und sich entwickeln, erwarten wir, dass wir Schwarze Löcher mit weniger als 65 Sonnenmassen oder mehr als 120 Sonnenmassen finden, aber keine zwischen ihnen.” erklärt Frank Ome vom Albert Einstein Institut in Hannover. Sterne, deren Masse in diesem Bereich liegt, explodieren nicht in Supernovae, sondern verlieren am Ende ihres Lebens viel Masse, bevor sie in einer Explosion und einem Schwarzen Loch enden. Letztes Jahr sorgten chinesische Astronomen für Aufsehen, als sie die Entdeckung eines solchen Schwarzen Lochs ankündigten. Dafür gab es viel Kritik.

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Wie die Forscher erklären, ist das Schwarze Loch von GW190521 mit 85 Sonnenmassen höchstwahrscheinlich das Ergebnis einer früheren Fusion. Oder unser Verständnis der Sternentwicklung ist unvollständig und Schwarze Löcher mit einer solchen Masse können direkt am Ende des Lebens eines Sterns auftreten. Außerdem schreiben Sie, dass die Beobachtung gut zum beschriebenen Ereignis passt, andere Erklärungen für den Ursprung jedoch nicht ausgeschlossen werden können. Das Signal hätte nicht von der vor etwa sieben Milliarden Jahren beschriebenen Kollision stammen können, aber es hätte viel näher an der Erde stattfinden können. Zu diesem Zweck sollten die Gravitationswellen durch eine Gravitationslinse verzerrt werden.

In der dritten Beobachtungskampagne wurden insgesamt 56 Kandidaten für Gravitationswellenereignisse beobachtet, schrieben die Forscher. Die Kampagne endete aufgrund der Auswirkungen der Koronarpandemie vorzeitig Ende März. Bisher wurden vier davon bestätigt und die Details in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht. Die Forscher erklären nun die Ergebnisse von GW190521 und ihre astrophysikalische Bedeutung in Physical Review Letters und Astrophysical Journal Letters.


(mho)

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