Entstehung eines mittelschweren Schwarzen Lochs

Die großen Detektoranlagen LIGO in den USA und Virgo in Italien registrierten im Mai 2019 ein Gravitationswellensignal, das in doppelter Hinsicht neue Rekorde aufstellt: Zum einen ist die Quelle mit sieben Milliarden Lichtjahren so weit entfernt wie keine zuvor, zum anderen stammt das Signal aus der massereichsten Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, die man jemals mithilfe von Gravitationswellen beobachtet hat. Entstanden ist dabei offenbar ein Schwarzes Loch mit 142 Sonnenmassen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Physical Review Letters“. Damit hätten die Astronomen erstmals die Entstehung eines mittelschweren Schwarzen Lochs beobachtet.

Die beiden Kollisionspartner besaßen die 66-fache und die 85-fache Masse der Sonne – und das stellt die Forscher vor ein Rätsel. Denn Schwarze Löcher mit einer Masse von 85 Sonnenmassen dürfte es eigentlich gar nicht geben. „Nach unserem Verständnis davon, wie Sterne altern und sich entwickeln, erwarten wir Schwarze Löcher mit entweder weniger als 65 Sonnenmassen oder mit mehr als 120 Sonnenmassen, aber keine dazwischen“, erklärt Frank Ohme vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover, der an den Beobachtungen beteiligt war. In den vergangenen Monaten suchten die Wissenschaftler daher nach alternativen Szenarien, um das Signal vom 21. Mai 2019 zu erklären. Doch die plausibelste Ursache für die gemessenen Schwingungen der Raumzeit blieb der Zusammenstoß und die anschließende Verschmelzung von zwei Schwarzen Löchern mit insgesamt 142 Sonnenmassen.

Solche mittelschweren Schwarzen Löcher besitzen eine Masse im Bereich zwischen stellaren – also aus Sternen hervorgegangenen – Schwarzen Löchern und den supermassereichen Schwarzen Löchern in den Kernen von Galaxien. Bislang ist unklar, wie häufig mittelschwere Schwarze Löcher im Weltall vorkommen und wie sie entstehen. „Wir wissen noch nicht, ob diese erste Beobachtung eines mittelschweren Schwarzen Lochs den Vertreter einer völlig neuen Klasse von Doppelsystemen aus Schwarzen Löchern darstellt oder nur das massereiche Ende des Spektrums, das wir bisher gesehen haben“, erläutert Karsten Danzmann vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, der ebenfalls an der Studie mitwirkte. Das Schwarze Loch mit 85 Sonnenmassen könnte selbst bereits das Ergebnis einer Verschmelzung zweier kleinerer Schwarzer Löcher gewesen sein, spekulieren die Forscher.

Die Entdeckung des ungewöhnlichen Ereignisses fiel in den dritten Beobachtungslauf der kilometergroßen Detektoranlagen LIGO und Virgo, der am 1. April 2019 begann und am 27. März dieses Jahres endete. Insgesamt haben die Forscher dabei 56 Gravitationswellensignale registriert. GW 199521, das Ereignis vom 21. Mai 2019, ist das vierte, das die Wissenschaftler mit detaillierten astrophysikalischen Folgeanalysen bestätigen und veröffentlichen konnten. „Bald, wenn wir alle Verschmelzungen Schwarzer Löcher analysiert haben, die LIGO und Virgo in ihrem dritten Beobachtungslauf beobachtet haben, wissen wir hoffentlich mehr,“ so Danzmann.