Wenn zwei Schwarze Löcher spiralförmig umeinander kreisen und schließlich kollidieren, senden sie Gravitationswellen aus – Wellen in Raum und Zeit, die mit extrem empfindlichen Instrumenten auf der Erde nachgewiesen werden können. Da Schwarze Löcher und die Verschmelzung von Schwarzen Löchern völlig dunkel sind, sind diese Ereignisse für Teleskope und andere von Astronomen verwendete Lichtmessgeräte unsichtbar. Theoretiker haben jedoch Ideen entwickelt, wie eine Verschmelzung von Schwarzen Löchern ein Lichtsignal erzeugen könnte, indem sie nahe gelegenes Material zum Strahlen bringt.
Jetzt haben Wissenschaftler, die die Zwicky Transient Facility (ZTF) des Caltech am Palomar Observatory in der Nähe von San Diego nutzen, möglicherweise ein solches Szenario entdeckt. Sollte sich dies bestätigen, wäre es die erste bekannte Lichterscheinung, die von einem Paar kollidierender schwarzer Löcher ausgeht.
Die Verschmelzung wurde am 21. Mai 2019 von zwei Gravitationswellendetektoren – dem Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) der National Science Foundation und dem europäischen Virgo-Detektor – in einem Ereignis namens GW190521g entdeckt. Diese Entdeckung ermöglichte es den ZTF-Wissenschaftlern, nach Lichtsignalen von dem Ort zu suchen, an dem das Gravitationswellensignal seinen Ursprung hatte. Diese Gravitationswellendetektoren haben auch Verschmelzungen zwischen dichten kosmischen Objekten, so genannten Neutronensternen, entdeckt, und Astronomen haben Lichtemissionen von diesen Kollisionen identifiziert.
Die ZTF-Ergebnisse werden in einer neuen Studie beschrieben, die in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde. Die Autoren stellen die Hypothese auf, dass die beiden Partner-Schwarzlöcher, die jeweils mehrere Dutzend Mal massereicher als die Sonne sind, ein drittes, supermassereiches Schwarzes Loch umkreisten, das die millionenfache Masse der Sonne hat und von einer Scheibe aus Gas und anderem Material umgeben ist. Als die beiden kleineren schwarzen Löcher verschmolzen, bildeten sie ein neues, größeres schwarzes Loch, das einen Stoß erfuhr und in eine zufällige Richtung schoss. Der neuen Studie zufolge könnte es durch die Gasscheibe gepflügt sein und sie zum Leuchten gebracht haben.
„Diese Entdeckung ist extrem aufregend“, sagte Daniel Stern, Mitautor der neuen Studie und Astrophysiker am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, einer Abteilung des Caltech. „Wir können anhand dieses Signals, das sie unbeabsichtigt erzeugt haben, eine Menge über diese beiden verschmelzenden Schwarzen Löcher und ihre Umgebung lernen. Die Entdeckung durch ZTF in Verbindung mit dem, was wir aus den Gravitationswellen lernen können, eröffnet einen neuen Weg, um sowohl die Verschmelzung von Schwarzen Löchern als auch die Scheiben um supermassereiche Schwarze Löcher zu untersuchen.“
Die Autoren merken an, dass sie zwar zu dem Schluss kommen, dass die von ZTF entdeckte Fackel wahrscheinlich das Ergebnis einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern ist, dass sie aber andere Möglichkeiten nicht völlig ausschließen können.
Um mehr zu erfahren, lesen Sie die Pressemitteilung vom Caltech.