Gravitationswellen: Massereichste Kollision zweier Schwarze Löcher lässt rätseln

Die beiden Gravitationswellendetektoren von LIGO haben im Herbst 2023 offenbar die Entstehung des bislang massereichsten Schwarzen Lochs beobachtet – und wieder stehen Forscher und Forscherinnen vor einem Rätsel. Wie eine internationale Forschungsgruppe berichtet, sind zwei Schwarze Löcher mit jeweils mehr als 100 Sonnenmassen zu einem neuen Objekt verschmolzen, das auf die 225-fache Masse unseres Heimatsterns kommt. Mindestens das kleinere der beiden fällt dabei aber in einen Bereich, der bisher für unmöglich gehalten wird. Ein beteiligter Astronom nennt dessen Masse gar „verboten“. Hinzu komme, dass die beiden Objekte so schnell rotieren, dass das ebenfalls an die Grenzen des Möglichen gehe.

Schwarze Löcher mit „unmöglicher“ Masse

Laut der Forschungsgruppe wurden die Gravitationswellen am 23. November 2023 beobachtet, das Ereignis trägt deshalb die Bezeichnung GW231123. Beobachtet wurden die Signale von beiden LIGO-Detektoren (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) in den USA. Es handle sich wegen der Eigenschaften der beteiligten Schwarzen Löcher um eine „einzigartige Herausforderung“ und es bestehe die Möglichkeit, dass ihr Ursprung noch viel komplexer ist als angenommen. Es werde Jahre dauern, das komplizierte Signalmuster auszuwerten und all die daraus folgenden Implikationen zu verstehen, prognostiziert Gregorio Carullo von der University of Birmingham, der an der Arbeit beteiligt war.

Um die Aufregung der Forscher und Forscherinnen zu verstehen, braucht es einen Blick auf die Massen der beiden Schwarzen Löcher, die hier wohl verschmolzen sind. Nach unserem Verständnis von Sternen und ihrem Ende dürften wir eigentlich keine Schwarzen Löcher finden, die mehr als 65 und weniger als 120 Sonnenmassen aufweisen. Das liegt daran, dass Sterne in diesem Massenbereich an ihrem Lebensende erst so viel Masse verlieren, dass sie auf jene Masse schrumpfen, in der nach einer Explosion als kleineres Schwarzes Loch enden. Stattdessen liegen aber bei GW231123 beide Schwarze Löcher in oder an diesem Bereich. Vorstellbar aber offenbar äußerst unwahrscheinlich sei, dass beide selbst durch Kollisionen entstanden sind.

Die Gravitationswellenastronomie beruht auf Voraussagen der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein. Gravitation ist demnach eine Eigenschaft des Raums, die sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet. Werden massereiche Körper beschleunigt, erzeugen sie Gravitationswellen, die das Gefüge des Raums verformen – selbst bei großen Massen aber nur minimal. Einstein selbst ging deshalb davon aus, dass diese nie nachweisbar sein würden. Mit modernen sehr leistungsfähigen Instrumenten lassen sie sich aber beobachten – wenn das verantwortliche Ereignis groß genug war. Mit den Detektoren in den USA, Italien und Japan werden seit Jahren immer wieder Spuren gigantischer Kollisionen entdeckt.

(mho)