Haben Sie Lust, sich klein zu fühlen? Wie kosmisch klein? Und nicht wegen des üblichen verträumten, leicht kitschigen Zeugs, das der Weltraum bieten kann – die Vorstellung, dass wir auf einem winzigen Felsbrocken existieren, der sich in der Dunkelheit an unserer schönen Sonne festhält. Ich spreche von einer wirklich wilden Aktion, die so intensiv ist, dass sie die Raumzeit verzerrt, das unsichtbare Gerüst, das alles hält, was wir wissen, und Hunderte Millionen Lichtjahre lang widerhallt.
Dann haben Astronomen etwas für Sie.
Ein internationales Forscherteam gab heute bekannt, dass es Beweise für eines der extremsten Objekte im Kosmos, ein Schwarzes Loch, entdeckt hat, das mit einem anderen der extremsten Objekte im Kosmos, einem Neutronenstern, kollidiert und ein noch größeres Schwarzes Loch bildet. Und das Team erwischte es nicht einmal, sondern zweimal.
Bisher waren solche Verschmelzungen, wie Astronomen sie nennen, rein hypothetisch. Theoretische Modelle sagten voraus, dass sie passieren könnten und sollten. Astronomen hatten Beweise für andere Vermischungen zwischen extremen astrophysikalischen Objekten gefunden; in den letzten Jahren haben sie Verschmelzungen zwischen zwei Schwarzen Löchern und Verschmelzungen zwischen zwei Neutronensternen nachgewiesen. Aber sie konnten sich nicht sicher sein, ob ein Treffen zwischen ihnen möglich war, dass die Natur sie wirklich zusammenbringen konnte, bis eines Tages blitzartig die Beweise auf der Erde eintrafen.
„Dieses verrückte Konzept einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen – nicht nur zwei Schwarze Löcher, nicht nur zwei Neutronensterne, sondern diese seltsame Kombination – existiert tatsächlich“, sagt Mansi Kasliwal, Professorin für Astronomie am California Institute of Technology, die solche Verschmelzungen untersucht aber war nicht an den neuen Entdeckungen beteiligt, sagte mir.
Astronomen wissen, dass die Verschmelzungen stattgefunden haben, weil sie die Auswirkungen der Kollisionen erkannt haben. Solche katastrophalen Ereignisse senden Gravitationswellen aus, die sich in alle Richtungen ausbreiten. Sie bewegen sich durch den Weltraum, biegen und zerquetschen ihn, während sie gehen, und passieren alles, was ihnen begegnet – ganze Galaxien, Sterne und Planeten. Und seit 2015 sind wir in der Lage, diese Gravitationswellen mit überempfindlichen Instrumenten zu erkennen, wenn sie über uns hinwegspülen.
Die Gravitationswellen beider Verschmelzungen wurden im Januar 2020 im Abstand von nur 10 Tagen nachgewiesen. Die Ereignisse entfalteten sich weit über unsere eigene Galaxie hinaus: Eines ereignete sich etwa 900 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt; das andere geschah noch weiter weg. „Fusion“ ist eine höfliche Beschreibung dessen, was Astronomen glauben, dass es tatsächlich passiert ist. In beiden Fällen waren die Schwarzen Löcher deutlich größer als ihre Neutronenstern-Gegenstücke. Anstatt die Neutronensterne langsam auseinanderzureißen, hüllten die Schwarzen Löcher sie wahrscheinlich ganz ein. „Wir glauben, dass das Schwarze Loch den Neutronenstern mit einem Biss sauber gefressen hat“, sagte mir Phil Landry, Astrophysiker an der California State University in Fullerton und Co-Autor der neuen Erkenntnisse.
Die kolossale Natur dieser Ereignisse könnte den Eindruck erwecken, dass sich die Gravitationswellen, wenn sie endlich die Erde erreichen, auf eine bedeutsame Weise ankündigen. Aber nein, diese kosmischen Kollisionen zeigen sich als winzige Lichtpunkte – fast nicht wahrnehmbare Verzerrungen in den Lichtstrahlen, die in einem hochentwickelten Stück Technologie schweben. Wenn man darüber nachdenkt, kann das Ausmaß schwindelerregend sein: Diese im Ursprung so großen Kollisionen machen nur den kleinsten Eindruck, wenn sie uns erreichen, und wir wiederum sind genau so klein, verglichen mit dem unfassbar großen Ausmaß der Phänomene, die wir zu messen versuchen.
Und diese massiven Ereignisse geschehen auf kosmischer Ebene die ganze Zeit. Basierend auf den neuen Erkenntnissen schätzen die Forscher, dass innerhalb von 1 Milliarde Lichtjahren von der Erde etwa einmal im Monat ein Mash-Up zwischen einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern stattfindet. Solche Ereignisse finden wahrscheinlich in jeder Galaxie im Universum statt, auch in unserer eigenen – wir haben hier nur noch keine entdeckt.
Die Verschmelzung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen bietet Astronomen ein Fenster in das Leben der Sterne. Diese Objekte waren schließlich selbst einst Sterne – die klassische Art, deren einzige Aufgabe es ist, sich weiterzudrehen und leuchtend zu bleiben. Wenn einigen dieser massereichen Sterne der Treibstoff ausgeht, können sie in einer brillanten Explosion namens Supernova implodieren, und ihre Überreste können zu einer unsichtbaren, bodenlosen Leere (einem schwarzen Loch) oder einem dichten, leuchtenden Juwel (einem Neutronenstern) werden.
Wie finden sich ein Schwarzes Loch und ein Neutronenstern nahe genug zusammen, um ein weiteres naturveränderndes Ereignis zu erleben? Sie könnten zusammen beginnen, als zwei Sterne, die zufällig nacheinander Supernovae erleben. Sterne bleiben Sterne, weil sie genug Energie produzieren, um den immer vorhandenen Druck der Schwerkraft abzuwehren, der versucht, sie zu zerknittern. „Wenn Sie sich in einem binären Sternsystem befinden und einer der Sterne zur Supernova wird und eine Menge Material auf den anderen Stern bläst, ist dieses Gleichgewicht plötzlich völlig aus dem Gleichgewicht geraten“, erklärte Landry. Die Kraft dieses kosmischen Niesens könnte auch den anderen Stern zur Explosion bringen. Das eine wird zu einem Schwarzen Loch und das andere zu einem Neutronenstern, und eines Tages treffen sie sich.
Ein anderes Szenario: Stellen Sie sich das Zentrum einer Galaxie vor, wo die Bedingungen so extrem sind, dass selbst so gigantische Objekte wie Schwarze Löcher und Neutronensterne herumgeschleudert werden, als wären sie baumelnde Spielzeuge auf einem Babymobil. Hier machen die Bedingungen kosmische Abstürze wahrscheinlicher.
Die Verschmelzung extremer Objekte in all ihren möglichen Kombinationen könnte dazu beitragen, ein Rätsel zu lösen, das Wissenschaftler immer noch zu verstehen versuchen: Wie das Universum einige seiner schwersten Metalle wie Gold, Silber und Platin erhielt. Supernovas trugen dazu bei, aber nicht genug, um sie alle zu erklären. Astronomen fanden 2017 Beweise dafür, dass eine Kollision zwischen zwei Neutronensternen einige schwere Elemente erzeugte, sodass solche Ereignisse auch solche Metalle ausspeien. Vielleicht auch Konvergenzen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen? Nicht alle Schwarzen Löcher würden ihre Zeit brauchen, um an Neutronensternen herumzukauen, und der Prozess ihrer Zerkleinerung könnte einige spektakuläre chemische Reaktionen hervorrufen. „Vielleicht brauchen wir Neutronensterne und Schwarze Löcher, um das schwerste der schweren Elemente herzustellen“, sagte Kasliwal.
Nachdem festgestellt wurde, dass Neutronensterne und Schwarze Löcher verschmelzen können, hoffen die Forscher nun, eine weitere gemischte Verschmelzung (und noch eine und noch eine) zu entdecken. Und sie wollen auch einen Blick ins Licht erhaschen. Astronomen haben es 2017 geschafft, das Nachleuchten dieser beiden kollidierenden Neutronensterne einzufangen, aber diesmal fanden sie nichts. Vielleicht war das Schwarze Loch tatsächlich so effizient darin, seinen Begleiter zu verschlingen, wie die Forscher denken. Oder vielleicht waren die Ereignisse einfach zu weit weg und das Licht zu schwach für unsere Teleskope.
Als ich Kasliwal fragte, was sie sehen könnte, wenn sie in den Momenten, bevor sie sich treffen, über diesen außergewöhnlichen astrophysikalischen Objekten schweben könnte, lachte sie. Ihre Augen würden dem nicht gerecht; Solche Kollisionen erzeugen eine blendende Lichtshow in fast jeder Wellenlänge, und unsere kleinen menschlichen Augäpfel können sie nicht alle sehen. Außerdem würde sie einen sicheren Abstand halten wollen. „Ich möchte nicht zu nahe kommen“, sagte sie lachend. “Ich würde in Stücke gerissen.”
.