Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik Animation
Schwarze Löcher sind, wie die grundlegende Definition lautet, Regionen der Raumzeit, die durch konzentrierte Masse so deformiert sind, dass jenseits ihres „Ereignishorizonts“ nichts – nicht einmal Licht – ihrer Schwerkraft entkommen kann. Wir können sie auf verschiedene Weise erkennen, einschließlich der energiereichen Strahlung, die von Materie abgegeben wird, wenn sie in die Löcher wirbelt, oder indem wir untersuchen, wie ihre Schwerkraft die Bewegung von Objekten in der Nähe beeinflusst. Physiker können mit sogenannten Interferometern wie Virgo in Italien und LIGO in den USA auch die Gravitationswellen nachweisen, die ausgesandt werden, wenn Schwarze Löcher miteinander verschmelzen und das Gewebe der Raumzeit verzerren.
Einige der Schwarzen Löcher, die Physiker im Universum gesehen haben, scheinen zu „beschleunigen“ und sich viel schneller fortzubewegen, als aufgrund theoretischer Vorhersagen erwartet wird.
Wissenschaftler hatten vermutet, dass diese sich schnell bewegenden Schwarzen Löcher ihre Energie möglicherweise durch frühere Fusionsereignisse gewonnen haben.
Der Theorie zufolge können verschmolzene Schwarze Löcher einen Kick bekommen, wenn die bei der Kollision freigesetzten Gravitationswellen überwiegend in eine Richtung emittiert werden – was passieren kann, wenn die beiden ursprünglichen Schwarzen Löcher sehr ungleiche Massen oder Spins haben.
Um den Impuls zu erhalten, prallt das kombinierte Schwarze Loch in die andere Richtung zurück. Bisher hatten Physiker jedoch keine Beweise für diese Theorie.
Verschmelzungen zwischen Schwarzen Löchern können den massiven Objekten einen Kick geben – und sie aus ihrer Galaxie herausschleudern (Bild: Getty Images)
Schwarze Löcher sind Regionen der Raumzeit, die durch konzentrierte Masse deformiert sind (Bild: Express.co.uk)
Es wird erwartet, dass besonders große Stöße auftreten, wenn die Orbitalebene der Verschmelzung einer Präzession – einer Änderung der Ausrichtung einer Rotationsachse – unterliegt, die eine nachweisbare Amplitudenmodulation im Gravitationswellensignal hinterlassen sollte.
In ihrer Studie analysierten der Physiker Dr. Vijay Varma vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam, Deutschland, und seine Kollegen ein Verschmelzungsereignis eines Schwarzen Lochs, das den aufregenden Namen „GW200129“ erhalten hat.
Dies ist der erste Beweis für die Verschmelzung eines Schwarzen Lochs, das mit einer starken und eindeutigen Präzessionssignatur in seinem Gravitationswellensignal aufgezeichnet wurde.
Die Forscher verglichen die von den LIGO-Virgo-Detektoren aufgezeichneten Signale von GW200129 mit Vorhersagen, die auf numerischen Relativitätssimulationen basieren.
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Physiker können die Gravitationswellen nachweisen, die ausgesandt werden, wenn Schwarze Löcher miteinander verschmelzen (Bild: Getty Images)
Im Bild: Das Virgo-Interferometer in Italien kann Gravitationswellen nachweisen (Bild: Creative Commons / Die Virgo-Kollaboration)
Sie fanden heraus, dass das durch das Fusionsereignis entstandene Schwarze Loch, das eine 60-fache Masse der Sonne hat, einen Tritt von etwa 3.355.404 Meilen pro Stunde erhielt.
Das ist weit mehr als die Fluchtgeschwindigkeit der meisten Galaxien – und fast dreimal so schnell wie die unserer eigenen, der Milchstraße.
Angesichts dessen, sagte das Team, hätte die Kollision wahrscheinlich das letzte Schwarze Loch aus seiner Wirtsgalaxie sausen lassen.
Dr. Varma sagte: „Angesichts der Trittgeschwindigkeit schätzen wir, dass es höchstens eine Wahrscheinlichkeit von 0,48 Prozent gibt, dass das verbleibende Schwarze Loch von GW200129 von kugelförmigen Kernsternhaufen zurückgehalten wird.“
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Verschmelzten Schwarzen Löchern kann ein Tritt versetzt werden, der stark genug ist, um sie aus ihrer Wirtsgalaxie herauszuschleudern (Bild: MIT News)
Die Ergebnisse könnten Auswirkungen auf die Existenz sogenannter „schwerer Schwarzer Löcher“ haben, die als Ergebnis mehrerer, aufeinanderfolgender Verschmelzungen von Schwarzen Löchern entstehen.
Damit sich schwere Schwarze Löcher bilden können, können Verschmelzungen, die mit Tritten enden, jedoch nicht allzu häufig sein.
Wenn sie zu häufig vorkommen, würden sie nachfolgende Kollisionen zu unwahrscheinlich machen, indem sie verschmolzene Schwarze Löcher in die riesige intergalaktische Leere schicken.
Zukünftige Studien, so das Team, sollten den Physikern helfen, die Rate der sogenannten Verschmelzungen der zweiten Generation, die zur Bildung größerer Schwarzer Löcher beitragen können, besser einzuschränken.
Der theoretische Astrophysiker Professor Saul Teukolsky von der Cornell University ist Leiter der Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration, unter deren Schirmherrschaft die vorliegende Studie durchgeführt wurde.
Prof. Teukolsky sagte: „Diese Forschung zeigt, wie Gravitationswellensignale verwendet werden können, um auf unerwartete Weise etwas über astrophysikalische Phänomene zu lernen.
„Es wurde angenommen, dass wir mehr als ein Jahrzehnt auf Detektoren warten müssten, die empfindlich genug sind, um diese Art von Arbeit zu erledigen, aber diese Forschung zeigt, dass wir es tatsächlich jetzt tun können – sehr aufregend!“
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.