Wie Paare aus Schwarzen Löchern entstehen
Redaktion
/ Pressemitteilung der Universität Bonn astronews.com
25. Februar 2016
Die Gravitationswellen, die im September des vergangenen
Jahres von den LIGO-Detektoren nachgewiesen wurden, entstanden bei der
Verschmelzung zweier relativ massereicher stellarer Schwarzer Löcher. Astronomen
der Universitäten in Bonn und Oxford haben ein Modell entwickelt, das die
Entstehung solcher Paare beschreibt. Die LIGO-Messung bestätigte ihre Theorie
schneller als erwartet.
Ausschnitt aus einer Simulation der
Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern, bei der
Gravitationswellen entstehen.
Bild:
NASA/C. Henze [Großansicht] |
Der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen machte vor zwei Wochen
weltweit Schlagzeilen. Albert Einstein hat diese Wellen vor 100 Jahren
vorhergesagt, ein direkter Nachweis war bislang aber nicht gelungen.
Verantwortlich für die mit den beiden Detektoren des LIGO-Observatoriums
nachgewiesenen Gravitationswellen soll die Verschmelzung von zwei Schwarzen
Löchern mit jeweils der rund 30-fachen Masse der Sonne gewesen sein.
Doch wie können solche Paare aus Schwarzen Löchern überhaupt entstehen? Die
Frage ist weit weniger einfach zu beantworten, als sie sich zunächst anhört.
Damit nämlich zwei sich umkreisende Schwarze Löcher innerhalb einer
Zeit verschmelzen können, die kleiner ist, als das Alter des Universums, müssen
sie sich sehr nahe sein. Dann strahlen sie nämlich ausreichend
Gravitationswellen ab und verlieren dadurch Energie, bis es schließlich zur
Verschmelzung kommt.
Schwarze Löcher in der Größenordnung von 30 Sonnenmassen müssen aus einem
äußerst massereichen Stern entstanden sein. Solche Sterne blähen sich in
bestimmten Phasen ihrer Entwicklung so weit auf, dass ihr Durchmesser größer
ist, als der für dieses Szenario erlaubte maximale Abstand der beiden Objekte.
Sie müssen daher eine Phase durchlaufen, in der einer oder beide Sterne
praktisch innerhalb der Hülle des anderen Sterns umlaufen. Was dabei genau
passiert, ist den Astronomen bislang nur recht grob klar, so dass sich daraus
auch nur schwer verlässliche Angaben über die Häufigkeit von solchen Verschmelzungen
ableiten lassen.
Jetzt haben Astronomen der Universitäten Bonn und Oxford eine neue Theorie
entwickelt, die die Entstehung solcher Paare aus relativ massereichen Schwarzen
Löchern erlaubt. Der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen durch die
LIGO-Detektoren passte da gut. "Durch diese Messungen sind
unsere Berechnungen viel schneller bestätigt worden, als wir uns das vorstellen
konnten", freut sich Prof. Dr. Norbert Langer, Gruppenleiter am Argelander-Institut
für Astronomie der Universität Bonn. Und sein Oxforder Kollege Prof. Dr. Philipp
Podsiadlowski ergänzt: "Das ist eine herausragende Messung und eine wunderbare
Bestätigung unserer Theorie."
Seit längerem versuchen Astronomen durch Berechnungen der Entwicklung von
Doppelsternen Szenarien zu finden, bei denen die Sternreste als Schwarze Löcher
miteinander verschmelzen und dabei Gravitationswellen aussenden. Allerdings
prognostizierten bisherige Kalkulationen zumeist Objekte mit viel kleinerer
Masse, sie konnten auch deren erwartete Anzahl nur sehr ungenau vorhersagen.
Der Durchbruch bei den Berechnungen wurde erzielt, als die Wissenschaftler in
ihrer Theorie von einer viel schnelleren Rotation der Sterne ausgingen, die zu
deren völliger Durchmischung führt. Mit diesem Szenario ist es möglich, sehr
massereiche Systeme mit Schwarzen Löchern von 30 Sonnenmassen und mehr entstehen
zu lassen. Außerdem erlaubt diese Theorie auch, die Anzahl der Systeme, die
solche Gravitationswellen aussenden, viel genauer zu berechnen. Danach ist es
nicht nur sehr wahrscheinlich, dass entsprechende Verschmelzungen mit LIGO
entdeckt werden. Sie könnten sogar die Hauptquelle für die von LIGO zukünftig gemessenen
Signale sein.
"Auch wenn Einzelheiten noch offen sind, scheinen die ersten LIGO-Messungen
diese Vorhersagen zu bestätigen", so Langer. Über ihr Modell berichten die
Astronomen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astronomy &
Astrophysics erschienen ist.
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