Schwarzes Loch mit rätselhaftem Begleiter

Die Gravitationswellendetektoren LIGO und Virgo haben ein Signal entdeckt, das auf ein ungewöhnliches Doppelsystem zurückgeht: ein Schwarzes Loch mit 23 Sonnenmassen und ein bisher rätselhaftes Objekt mit weniger als drei Sonnenmassen. Als die beiden Himmelskörper miteinander verschmolzen, sendeten sie das nun empfangene Signal aus. Noch nie habe man eine Gravitationswelle aus einem System gemessen, in dem sich die Massen so unterschiedlich verteilen, schreiben die beteiligten Astronomen nun in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal Letters“.

„Das Signal GW190814 ist eine unerwartete und wirklich aufregende Entdeckung“, erläutert Abhirup Ghosh vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam. Denn bislang ist unklar, mit was für einem Objekt das Schwarze Loch in dem beobachteten Doppelsystem kollidierte. „Wenn es sich dabei ebenfalls um ein Schwarzes Loch handelt, ist es das leichteste bekannte. Ist es hingegen ein Neutronenstern, so ist dies der massereichste, den wir je in einem Doppelsystem beobachtet haben“, so Ghosh. Der neue Fund stellt damit das derzeitige Verständnis darüber, wie solche Systeme entstehen und sich entwickeln, infrage.

Grafik von vier verschiedenfarbigen Strudeln auf schwarzem Hintergrund
Illustration der Gravitationswellensignale

Weitere Analysen der am 14. August 2019 registrierten Gravitationswelle zeigen, dass sich die Kollision etwa 780 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ereignete. Die Position des einstigen Doppelsystems konnten die Wissenschaftler auf eine Fläche im Sternbild Bildhauer am Südhimmel eingrenzen, die am Firmament ungefähr der Größe von neunzig Vollmonden entspricht. Das über eine Dauer von etwa zehn Sekunden aufgezeichnete Signal erlaubte zudem, die Eigenrotation des Schwarzen Lochs präzise zu bestimmen. „Wir fanden heraus, dass es sich ziemlich langsam dreht – nämlich mit weniger als sieben Prozent der von der allgemeinen Relativitätstheorie erlaubten maximalen Eigenrotation“, so Alessandra Buonanno vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam. Die Astronomen vermuten, dass sich das untypische Doppelsystem sehr wahrscheinlich in einem jungen dichten Sternhaufen oder in der Nähe eines aktiven Galaxienkerns gebildet hat.

In künftigen Beobachtungsläufen von LIGO und Virgo erwarten sie, noch weitere solcher exotischen Objekte zu finden. Neben dem Signal vom 14. August 2019 entdeckten die Forscher im dritten Beobachtungslauf auch zwei weitere Signale: Am 12. April 2019 erreichten Gravitationswellen von zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern unsere Erde. Auch bei diesem Ereignis unterschieden sich die Massen der beiden Objekte deutlich, wenn auch nicht so stark wie im nun entdeckten Signal GW190814. Das zweite Ereignis wurde nur wenige Tage später beobachtet: Am 25. April 2019 wiesen die Detektoren ein Gravitationswellensignal von einem System aus zwei Neutronensternen nach.