August 14, 2022

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Der „Pool“ von Schwarzen Löchern könnte seltsame Aspekte der Verschmelzung von Schwarzen Löchern im Jahr 2019 erklären

Der „Pool“ von Schwarzen Löchern könnte seltsame Aspekte der Verschmelzung von Schwarzen Löchern im Jahr 2019 erklären
Zoomen / Illustration eines Schwarms kleiner Schwarzer Löcher in einer Gasscheibe, die ein supermassereiches Schwarzes Loch umkreist.

Samsing / Niels-Bohr-Institut

Im Jahr 2019 fing die LIGO/VIRGO-Kollaboration ein Gravitationswellensignal von einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern auf, das sich als eines der Rekordbücher erwies. Es wurde als „GW190521“ bezeichnet und war das massereichste und am weitesten entfernte, das bisher entdeckt wurde. Es erzeugte das energiereichste Signal, das bisher entdeckt wurde, und erschien in den Daten als „lauter“ als das übliche „Zwitschern“.

Darüber hinaus war das aus der Fusion resultierende neue Schwarze Loch etwa 150-mal stärker als das Gewicht unserer 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 (nicht kreisförmigen) Umlaufbahn gefangen waren und ihre Rotationsachsen im Vergleich zu diesen Umlaufbahnen stärker als gewöhnlich geneigt waren.

Physiker mögen nichts lieber, als ein faszinierendes Rätsel zu präsentieren, das nicht sofort in eine etablierte Theorie zu passen scheint, und GW190521 gab ihnen genau das. Neue theoretische Simulationen deuten darauf hin, dass all diese seltsamen Aspekte durch die Anwesenheit eines einzelnen, dritten Schwarzen Lochs erklärt werden können, das den letzten Tanz des Binärsystems schlägt, um einen „unordentlichen Tanz“ zu erzeugen neues Papier Veröffentlicht in der Zeitschrift Nature.

wie wir sind Ich habe vorhin erwähntAm 21. Mai 2019 nahmen die Detektoren der Kollaboration das verräterische Signal einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern auf: vier kurze Vibrationen, die weniger als eine Zehntelsekunde dauerten. Je kürzer das Signal, desto massereicher verschmelzen die Schwarzen Löcher – in diesem Fall 85 bzw. 66 Sonnenmassen. Die Schwarzen Löcher verschmolzen zu einem neuen Schwarzen Loch, das größer als etwa 142 Sonnenmassen war und dabei das Äquivalent von acht Sonnenmassen ausstrahlte – daher wurde das starke Signal von den Detektoren aufgenommen.

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Das Außergewöhnliche an diesem Ereignis ist, dass die Messung von 142 Sonnenmassen mitten in der sogenannten „Massenlücke“ von Schwarzen Löchern liegt. Die meisten dieser Objekte fallen in zwei Gruppen: Schwarze Löcher mit stellarer Masse (von wenigen Sonnenmassen bis zu mehreren zehn Sonnenmassen) und supermassive Schwarze Löcher, wie die in der Mitte unserer Milchstraße (von Hunderttausenden bis zu Milliarden von Sonnenmassen). Ersteres wird durch den Tod massereicher Sterne in einer Supernova verursacht, die in ihrem Kern kollabiert, während der Entstehungsprozess des letzteren ein Rätsel bleibt.

Künstlerisches Konzept eines hierarchischen Schemas zur Verschmelzung Schwarzer Löcher.  Wissenschaftler vermuten, dass die beiden Schwarzen Löcher das Ergebnis einer früheren Verschmelzung zweier kleiner Schwarzer Löcher waren.
Zoomen / Künstlerisches Konzept eines hierarchischen Schemas zur Verschmelzung Schwarzer Löcher. Wissenschaftler vermuten, dass die beiden Schwarzen Löcher das Ergebnis einer früheren Verschmelzung zweier kleiner Schwarzer Löcher waren.

LEGO/Caltech/MIT/R. Verletzt (IPAC)

Die Tatsache, dass ein Vorfahre eines Schwarzen Lochs 85 Sonnenmassen wog, ist ebenfalls ungewöhnlich, da dies im Widerspruch zu aktuellen Modellen der Sternentwicklung steht. Die Arten von Sternen, die Schwarze Löcher zwischen 65 und 135 Sonnenmassen hervorbringen würden, würden sich nicht als Supernovae herausstellen und würden daher nicht als Schwarze Löcher enden. Stattdessen werden diese Sterne instabil und verlieren einen Großteil ihrer Masse. Erst dann werden sie zu einer Supernova – aber das Ergebnis wird ein Schwarzes Loch mit weniger als 65 Sonnenmassen sein.