Das „Billard“ von Schwarzen Löchern könnte seltsame Aspekte der Verschmelzung von Schwarzen Löchern im Jahr 2019 erklären

Im Jahr 2019 nahm die LIGO/VIRGO-Kollaboration ein Gravitationswellensignal von einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern auf, das sich als eines für die Rekordbücher erwies. Mit dem Namen „GW190521“ war es das massereichste und am weitesten entfernte, das bisher entdeckt wurde, und es erzeugte das energiereichste Signal, das bisher entdeckt wurde, und zeigte sich in den Daten eher als „Knall“ als als das übliche „Zwitschern“.

Darüber hinaus war das aus der Verschmelzung resultierende neue Schwarze Loch etwa 150-mal so schwer wie unsere Sonne, was GW190521 zur ersten direkten Beobachtung eines Schwarzen Lochs mittlerer Masse macht. Noch seltsamer ist, dass die beiden Schwarzen Löcher, die verschmolzen, in einer elliptischen (statt kreisförmigen) Umlaufbahn eingeschlossen waren, und ihre Rotationsachsen waren im Vergleich zu diesen Umlaufbahnen viel stärker als gewöhnlich gekippt.

Physiker lieben nichts mehr, als mit einem faszinierenden Rätsel konfrontiert zu werden, das nicht sofort in die etablierte Theorie zu passen scheint, und GW190521 gab ihnen genau das. Neue theoretische Simulationen deuten darauf hin, dass all diese bizarren Aspekte durch die Anwesenheit eines dritten einzelnen Schwarzen Lochs erklärt werden können, das in den letzten Tanz des binären Systems einstimmt, um einen „chaotischen Tango“ zu produzieren, so ein neuer Artikel, der in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.

Wie wir bereits berichteten, nahmen die Detektoren der Kollaboration am 21. Mai 2019 das verräterische Signal einer Verschmelzung zweier schwarzer Löcher auf: vier kurze Wackelbewegungen, die weniger als eine Zehntelsekunde dauerten. Je kürzer das Signal, desto massereicher verschmelzen die Schwarzen Löcher – in diesem Fall 85 bzw. 66 Sonnenmassen. Die Schwarzen Löcher verschmolzen zu einem neuen, noch größeren Schwarzen Loch mit etwa 142 Sonnenmassen und strahlten dabei das energetische Äquivalent von acht Sonnenmassen aus – daher das starke Signal, das von den Detektoren aufgenommen wurde.

Was dieses Ereignis so ungewöhnlich machte, ist, dass die Messung von 142 Sonnenmassen genau in die Mitte einer sogenannten „Massenlücke“ für Schwarze Löcher fällt. Die meisten dieser Objekte fallen in zwei Gruppen: Schwarze Löcher mit stellarer Masse (von wenigen Sonnenmassen bis zu mehreren zehn Sonnenmassen) und supermassive Schwarze Löcher wie das in der Mitte unserer Milchstraße (von Hunderttausenden bis zu Milliarden von Sonnenmassen). Erstere sind das Ergebnis des Todes massereicher Sterne in einer Kernkollaps-Supernova, während der Entstehungsprozess der letzteren so etwas wie ein Rätsel bleibt.

Die Tatsache, dass eines der schwarzen Vorläuferlöcher 85 Sonnenmassen wiegt, ist ebenfalls höchst ungewöhnlich, da dies im Widerspruch zu aktuellen Modellen der Sternentwicklung steht. Die Arten von Sternen, die Schwarze Löcher zwischen 65 und 135 Sonnenmassen hervorbringen würden, würden keine Supernova werden und würden daher nicht als Schwarze Löcher enden. Vielmehr würden solche Sterne instabil werden und einen erheblichen Teil ihrer Masse verlieren. Nur dann würden sie zu einer Supernova werden – aber das Ergebnis wäre ein Schwarzes Loch mit weniger als 65 Sonnenmassen.