Eine Illustration eines leichten schwarzen Lochs (grau) und eines Neutronensterns (orange). Die ausgesandten Gravitationswellen sind in den Farben von Dunkelblau bis Cyan dargestellt.(Bildnachweis: I. Markin (Universität Potsdam), T. Dietrich (Universität Potsdam und Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik))
Astronomen gaben am 5. April bekannt, dass sie möglicherweise eine Kollision zwischen einem Neutronenstern und einem leichten mysteriösen Objekt entdeckt haben – einem Objekt, das größer ist als der größte bekannte Neutronenstern, aber kleiner als das kleinste bekannte schwarze Loch. Die Entdeckung wirft ein Licht auf die Objekte in diesem dunklen Bereich, der lange Zeit für leer gehalten wurde, in letzter Zeit aber das Gegenteil gezeigt hat.
Genauer gesagt, deutet ein Signal, das in einer Tasche des Universums etwa 650 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt entdeckt wurde, auf eine seltene Verschmelzung zwischen einem Neutronenstern und einem, wie die Astronomen vermuten, überraschend leichten Schwarzen Loch hin. Das Paar tanzte vor etwa 650 Millionen Jahren umeinander und verschmolz, wobei es Wellen im Gewebe von Raum und Zeit erzeugte, die als Gravitationswellen bekannt sind. Diese Wellen wurden am 29. Mai 2023 von einem Netzwerk von Antennen in Japan, Italien und den USA im Rahmen der LIGO-Virgo-KAGRA (LVK)-Kollaboration erfasst und angezeigt.
„Das sind seltene Ereignisse“, sagte Evan Goetz, ein LIGO-Forscher an der University of British Columbia (UBC) in Kanada, gegenüber kosmischeweiten.de. „Es ist sehr aufregend für die Gemeinschaft, da es das erste seiner Art ist.“
Der Kandidat für ein Schwarzes Loch, der etwa 2,5 bis 4,5 Mal schwerer ist als unsere Sonne, ist schwerer als die etablierte Grenze von 2,5 Sonnen für einen Neutronenstern – aber leichter als das leichteste bekannte Schwarze Loch, das etwa fünf Sonnenmassen wiegt. Damit liegt das neu entdeckte Objekt innerhalb der „Massenlücke“, einer geheimnisvollen Region, die die schwersten Neutronensterne von den leichtesten Schwarzen Löchern trennt.
Diese Entdeckung „deutet darauf hin, dass diese ‚Massenlücke‘ weniger leer ist, als Astronomen bisher dachten“, sagte Michael Zevin, Astrophysiker am Adler-Planetarium, in einer Erklärung.
Schwarze Löcher, ob klein oder groß, entstehen durch den gewaltsamen Tod von Sternen mit enormer Masse. Einige Modelle der Sternentwicklung sagen jedoch voraus, dass Schwarze Löcher mit Massen im Bereich der „Massenlücke“ nicht direkt aus solchen Sterntoden entstehen können.
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„Mit diesen Beobachtungen scheint es jetzt möglich zu sein“, sagte Goetz. Vielleicht, so sagt er, müssen die Astronomen ihre Modelle überarbeiten – oder vielleicht „haben wir wirklich eine kompliziertere Entwicklung eines schweren Neutronensterns, der sich zu einem Schwarzen Loch entwickelt hat.“
„Es ist schwer, das nur anhand dieses einen Beispiels zu wissen“, sagte er.
Anfang 2020 gaben Astronomen den ersten schlüssigen Nachweis von Gravitationswellen bekannt, die durch eine Kollision mit einem stellaren Überrest genau im Bereich der Massenlücke entstanden sind. Das Entdeckungsteam konnte das Objekt damals jedoch nicht eindeutig klassifizieren und kam zu dem Schluss, dass es sich entweder um den größten bekannten Neutronenstern oder das kleinste bekannte Schwarze Loch handeln könnte.
Die Astronomen sagen, dass sie nicht genau sagen können, wo am Himmel die Mammutobjekte verschmolzen sind, da nur ein LVK-Detektor Daten aufzeichnete, als das Signal entdeckt wurde. Nichtsdestotrotz hat die Entdeckung die Hoffnung geweckt, dass es noch viele weitere Objekte mit einer solchen Masselücke geben könnte, die darauf warten, entdeckt zu werden.
„Es gibt noch viel mehr, was wir finden könnten und worauf wir uns freuen können“, sagte Heather Fong, eine LIGO-Forscherin an der UBC, gegenüber kosmischeweiten.de.
Nach einer kurzen Wartungspause haben die LVK-Detektoren am 10. April die Messung der Wellen in der Raumzeit wieder aufgenommen. Das LIGO-Team erwartet bis Februar 2025 die Beobachtung von über 200 Gravitationswellensignalen, darunter auch Hinweise auf einige Objekte im schwer fassbaren Massenlückenbereich.
Die Entdeckung wurde am Freitag (5. April) auf der Tagung der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft vorgestellt und muss noch von Fachkollegen geprüft werden.
Aktualisierung durch die Redaktion 4/11: Dies ist die erste bestätigte Verschmelzung zwischen einem Objekt mit Massenlücke und einem Neutronenstern; in der Vergangenheit wurden bereits Verschmelzungen zwischen schwarzen Löchern und Neutronensternen entdeckt. Dieser Artikel wurde aktualisiert, um dies zu berücksichtigen.
