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Gravitationswellen: Schwarze Löcher verschlucken Neutronensterne

Ein bislang immer nur vermutetes Himmelsereignis ist nun erstmals sicher nachgewiesen. Die Entdeckung lässt allerdings mal wieder mehr Fragen offen, als sie beantwortet.
Künstlerische Darstellung von Gravitationswellen. Leider in fast jeder Hinsicht falsch.

Bisher konnten Fachleute diese Ereignisse nur vermuten, nun gibt es zum ersten mal einen sicheren Nachweis. Am 15. Januar 2020 zeichneten die Detektoren LIGO und Virgo die Gravitationswellen eines Neutronensterns auf, der etwa in ein Schwarzes Loch hineinfiel. Wie die Teams der drei Gravitationswellenexperimente LIGO, Virgo und KAGRA in den »Astrophysical Journal Letters« berichten, spielte sich das Ereignis mit der Bezeichnung GW200115 eine Milliarde Lichtjahre von uns entfernt ab; das größere der beiden Objekte hatte die sechsfache Masse der Sonne, das kleinere die etwa anderthalbfache Sonnenmasse. Damit muss Ersteres ein Schwarzes Loch sein, während sein verschluckter Begleiter dafür eindeutig zu massearm ist. Auf der Basis theoretischer Vorhersagen kommt nur ein Neutronenstern in Frage. »GW200115 ist unser erster sicherer Nachweis der Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern«, sagt deshalb Alessandra Buonanno, Direktorin des Albert-Einstein-Instituts in Potsdam, laut einer Pressemitteilung des Instituts.

Bereits zehn Tage zuvor tauchte in den Daten ein sehr ähnliches Ereignis mit der Bezeichnung GW200105 auf. Allerdings fing lediglich ein LIGO-Detektor diese Wellen auf, so dass unklar ist, wo das Ereignis genau am Himmel stattfand; in Frage kommen 17 Prozent des Himmels. Trotz der relativ dünnen Datenbasis sind sich Fachleute sicher, dass das Signal echt ist: »Es besteht alle unsere strengen Qualitätskontrollen und hebt sich von allen Rauschereignissen ab, die wir im dritten Beobachtungslauf sehen«, sagt Harald Pfeiffer vom AEI. Bekannt ist immerhin die Entfernung von GW200105 – und die Beteiligten. In 900 Millionen Lichtjahren Entfernung kollidierten hier zwei Objekte mit neun und 1,9 Sonnenmassen. Auch hier ist ziemlich sicher, dass eines von ihnen ein Schwarzes Loch, das andere ein Neutronenstern ist.
© Numerical relativity simulation: S.V. Chaurasia (Stockholm University), T. Dietrich (Potsdam University and Max Planck Institute for Gravitational Physics) Scientific visualization: T. Dietrich (Potsdam University and Max Planck Institute for Gravitational Physics), N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer (Max Planck Institute for Gravitational Physics)
Schwarzes Loch verschluckt Neutronenstern
Der Film zeigt die Simulation der Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch (GW200115). In blau die simulierten Gravitationswellen.

Anhand der neu entdeckten Ereignisse wagen die Fachleute eine grobe Schätzung, wie häufig Neutronensterne in Schwarze Löcher fallen. Etwa einmal im Monat soll so etwas im Durchschnitt in einem Radius von einer Milliarde Lichtjahren um die Erde passieren. Mehr allerdings kann man aus den Entdeckungen bisher nicht ableiten – einige Daten, die man sich gewünscht hätte, waren nicht zu bekommen. Teleskope suchten zwar am Himmel nach dem elektromagnetischen Nachglühen der Ereignisse, fanden jedoch keine Strahlung, die mehr über das Ereignis hätte verraten können. Vermutlich waren die Quellen einfach zu weit weg und ihr elektromagnetisches Leuchten einfach zu schwach. Andere Gravitationswellenereignisse waren dagegen auch mit Teleskopen sichtbar.

Auch andere heiß ersehnte Informationen bleiben bisher verborgen. Modellrechnungen zeigen, dass sich Neutronensterne beim Annähern an das Loch verformen sollten, was sich in der Form des Gravitationswellensignals widerspiegelt. Solche Verzerrungen unter extremen Bedingungen sollen Einblicke in die innere Struktur solcher Objekte geben. Denn auch wenn man Neutronensterne beobachten kann und theoretische Modelle eine Reihe von Möglichkeiten aufgezeigt haben – woraus die superdichten Sternreste tatsächlich bestehen, ist bis heute rätselhaft. Für die Detektoren von LIGO, Virgo & Co beginnt der vierte Beobachtungslauf O4 im Sommer 2022.

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