„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 der rekordverdächtigsten herausstellte. Es wurde als „GW190521“ bezeichnet und war das massivste und am weitesten entfernte, das jemals entdeckt wurde, und es erzeugte das energiereichste Signal, das bisher entdeckt wurde, und erschien in den Daten eher als „Knall“ als als das übliche „Zwitschern“.

Außerdem war das aus der Verschmelzung resultierende neue Schwarze Loch etwa 150-mal schwerer als 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 viel stärker als gewöhnlich relativ zu diesen Umlaufbahnen geneigt.

Physiker lieben nichts mehr, als mit einem faszinierenden Rätsel konfrontiert zu werden, das nicht sofort in die etablierte Theorie zu passen scheint, und GW190521 hat ihnen genau das gegeben. Neue theoretische Simulationen deuten darauf hin, dass all diese bizarren Aspekte durch das Vorhandensein eines einzelnen dritten Schwarzen Lochs auf dem letzten Tanz des binären Systems erklärt werden können, um einen „chaotischen Tango“ zu erzeugen ein neues Papier veröffentlicht in der Zeitschrift Nature.

Wie wir zuvor berichtetAm 21. Mai 2019 nahmen die Detektoren der Kollaboration das verräterische Signal einer Verschmelzung zweier schwarzer Löcher auf: vier kurze Schwingungen, die weniger als eine Zehntelsekunde dauerten. Je kürzer das Signal, desto massereicher die verschmelzenden Schwarzen Löcher – in diesem Fall 85 bzw. 66 Sonnenmassen. Die Schwarzen Löcher verschmolzen zu einem neuen, noch größeren Schwarzen Loch mit etwa 142 Sonnenmassen, das dabei das Energieäquivalent von acht Sonnenmassen abgab, daher das starke Signal, das von den Detektoren aufgenommen wurde.

Was dieses Ereignis so ungewöhnlich machte, war, dass die Messung von 142 Sonnenmassen genau in die Mitte einer sogenannten „Massenlücke“ für Schwarze Löcher fällt. Die meisten dieser Objekte gehören zu 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 Galaxie, der Milchstraße (von Hunderttausenden bis zu Milliarden Sonnenmassen). Erstere sind das Ergebnis des Todes massereicher Sterne in einer Kernkollaps-Supernova, während der Entstehungsprozess der letzteren ein Rätsel bleibt.

Die Tatsache, dass eines der Vorläufer-Schwarzen Löcher 85 Sonnenmassen wiegt, ist ebenfalls höchst ungewöhnlich, da es aktuellen Modellen der Sternentwicklung widerspricht. Die Arten von Sternen, die Schwarze Löcher zwischen 65 und 135 Sonnenmassen hervorbringen würden, würden nicht zu Supernovae und würden daher nicht als Schwarze Löcher enden. Im Gegenteil, diese Sterne würden 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.