Gravitationswellen: LIGO und Virgo beobachten ein unmögliches Schwarzes Loch

Astronomen haben zum ersten Mal die Bildung eines mittleren Schwarzen Lochs auf der Grundlage der erzeugten Gravitationswellen beobachtet. Die Entdeckung wurde mit Detektoren der Observatorien LIGO und Virgo gemacht, teilte das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik am Mittwoch mit. Dementsprechend ist es die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit der größten bisher beobachteten Gesamtmasse und auch der am weitesten entfernten. Es ist jedoch von besonderem wissenschaftlichen Interesse, da eines der beteiligten Schwarzen Löcher nicht mit aktuellen Modellen der Sternentwicklung übereinstimmt, wie die Forscher erklären.

Bildung eines mittelgroßen Schwarzen Lochs

Das Ereignis wurde GW190521 getauft und am 21. Mai 2019 beobachtet. Es könnte auch die erste Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern sein, von denen Spuren auch im sichtbaren Licht gefunden wurden. In der Zwischenzeit haben die Forscher es detailliert analysiert und weitere Details entdeckt, obwohl das Signal mit nur einer Zehntelsekunde Länge sehr kurz war. Es umfasste daher vier Zyklen der Gravitationswelle und die Frequenz stieg während dieser Zeit von 30 Hertz auf 80 Hertz. Dementsprechend entstand 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 somit zu einer indirekt beobachteten Klasse mit nur 100 bis 100.000 Sonnenmassen – also zwischen den stellaren Schwarzen Löchern und den extremen im Zentrum der Galaxien.

Dieses zweite Schwarze Loch ist Wissenschaftlern jetzt ein Rätsel, denn so etwas sollte es nicht sein. „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 dazwischen.“ sagt Frank Ohme vom Albert Einstein Institut in Hannover. Sterne mit Massen in diesem Bereich explodieren nicht in einer Supernova, 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. Das war viel kritisiert worden.

Alternative Szenarien möglich

Wie die Forscher erklären, ist es sehr wahrscheinlich, dass das Schwarze Loch von GW190521 mit 85 Sonnenmassen das Ergebnis einer früheren Fusion ist. Oder unser Verständnis der Entwicklung von Sternen ist unvollständig und am Ende des Lebens eines Sterns können sich schwarze Löcher mit einer solchen Masse bilden. Sie schreiben auch, dass die Beobachtung gut zum beschriebenen Ereignis passt, aber andere Erklärungen für den Ursprung können nicht ausgeschlossen werden. Das Signal kann nicht von der vor etwa sieben Milliarden Jahren beschriebenen Kollision stammen, sondern hätte viel näher an der Erde liegen können. Dazu müssten die Gravitationswellen durch eine Gravitationslinse verzerrt werden.

Insgesamt 56 Kandidaten für Gravitationswellenereignisse wurden in der dritten Beobachtungskampagne beobachtet, schreiben die Forscher. Aufgrund der Folgen der Koronapandemie endete die Kampagne vorzeitig Ende März. Vier davon wurden bisher bestätigt und die Details in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht. Die Forscher erklären nun die Ergebnisse von GW190521 und ihre astrophysikalische Bedeutung in den Zeitschriften Physical Review Letters und Astrophysical Journal Letters.

(mho)