Gravitationswellen entstehen, wenn massereiche Objekte im Kosmos stark abgebremst oder beschleunigt werden oder miteinander kollidieren. Die dabei freigesetzte Energie versetzt die Raumzeit in Schwingungen, die noch in weiter Entfernung registriert werden können – vorausgesetzt man hat ausreichend sensitive Detektoren. Dank der beiden Gravitationswellen-Detektoren LIGO in den USA und dem Virgo-Detektor in Italien ist dies inzwischen der Fall. Seit dem ersten Nachweis der schon von Albert Einstein vorhergesagten Raumzeit-Erschütterungen haben Astronomen mit ihrer Hilfe schon mehrere Dutzend Verschmelzungen Schwarzer Löcher und einige Kollisionen von Neutronensternen detektiert. Im April 2020 beobachteten sie zudem erstmals eine Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, die sehr unterschiedliche Massen aufwiesen. Wenige Tage später fingen die Detektoren sogar ein Signal auf, das von einer Paarung aus einem Schwarzen Loch mit einem Neutronenstern stammen könnte – das wäre die erste Kombination dieser Art. Aber das Signal war zu schlecht für einen eindeutigen Nachweis.
Rätsel um kleineren Partner
Das ist mit dem jetzt vorgestellten Gravitationswellen-Ereignis anders. Denn am 14. August 2019 registrierten sowohl die LIGO-Detektoren als auch der Virgo-Detektor eines der stärksten jemals eingefangenen Signale. Anhand dieser Daten konnten die Astronomen ermitteln, dass die Quelle dieser Raumzeit-Erschütterungen rund 780 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung des Sternbilds Skulptor (Bildhauer) lag. Als die Forscher dann die Urheber dieses Signals näher bestimmten, fanden sie Überraschendes. Denn den Gravitationswellen-Daten zufolge sind bei diesem Ereignis zwei sehr ungleiche Partner miteinander verschmolzen. Der eine ist ein Schwarzes Loch mit 23 Sonnenmassen, der andere aber ein Objekt von nur 2,6-facher Sonnenmasse. Nie zuvor haben Astronomen Gravitationswellen von einem System gemessen, in dem sich die Einzelmassen so unterschiedlich verteilen.
“Das Signal GW190814 ist eine unerwartete und wirklich aufregende Entdeckung”, sagt Co-Autor Abhirup Ghosh vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam. Denn neben dem erstaunlich großen Massenunterschied beider Partner gibt vor allem die leichtere Komponente dieses Zweiersystems den Forschern Rätsel auf. Dieses Objekt ist eigentlich zu leicht für ein Schwarzes Loch und zu schwer für einen Neutronenstern. “Wenn es sich tatsächlich 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. Neutronensterne sind die extrem dichten Überreste massereicher Sternen nach ihrer Supernova. Gängigen Modellen zufolge liegt die Massenobergrenze für die Bildung eines solchen Sternenrests für nichtrotierende Neutronensterne bei 2,16 Sonnenmassen, bei rotierenden rund 20 Prozent darüber. Ist die Masse noch höher, entsteht ein Schwarzes Loch.
