Seit Inbetriebnahme der beiden LIGO-Gravitationswellen-Detektoren in den USA und dem europäischen Detektor Virgo in Italien haben Astronomen schon mehr als 50-mal die charakteristischen Gravitationswellen-Signaturen einer kosmischen Kollision aufgefangen. Meist handelte es sich dabei um die Verschmelzung zweier stellarer Schwarzer Löcher. 2017 registrierten die Detektoren erstmals auch die Kollision zweier Neutronensterne, der extrem dichten Relikte massereicher Sterne. Was jedoch bislang fehlte, war die Beobachtung einer gemischten Kollision: “Gravitationswellen haben es uns ermöglicht, die Kollision von Paaren Schwarzer Löcher und Paaren von Neutronensternen zu detektieren, aber die Kollision eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern war das noch fehlende Stück im Familienbild der Verschmelzungen kompakter Objekte”, erklärt Co-Autor Chase Kimball von der Northwestern University in Evanston. Zwar gab es einige Gravitationswellen-Ereignisse, die als Kandidaten für ein solches “gemischtes Duo” galten, die Datenlage war aber nicht eindeutig genug.
Zwei gemischte Kollisionen direkt hintereinander
Das hat sich seit Januar 2020 geändert. Denn im Abstand von nur zehn Tagen detektierten die Gravitationswellen-Observatorien gleich zwei Ereignisse, die die Astronomen auf die Kollision eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch zurückführen. Das Ereignis GW200105 wurde am 5. Januar 2020 vom LIGO-Detektor in Livingston und vom Virgo-Detektor in Italien eingefangen, bei letzterem war das Signal allerdings nur schwach und daher schwer aus dem Grundrauschen herauszufiltern. “Obwohl wir deshalb nur bei einem Detektor ein starkes Signal sehen, ist es real und hat alle unsere Qualitätstests bestanden”, betont Harald Pfeiffer vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam. Aus den Analysen der Daten geht hervor, dass das Signal aus einer Entfernung von rund 900 Millionen Lichtjahren kommt und von der Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit neun Sonnenmassen und einem leichteren Objekt mit 1,9 Sonnenmassen verursacht wurde.
“Die Gravitationswellen allein verraten uns zwar noch nicht die Struktur des leichteren Objekts, aber wir können seine maximale Masse bestimmen”, erklärt Pfeiffers Kollege Bhooshan Gadre. “Indem wir diese Information mit den theoretischen Vorhersagen für Neutronensternmassen in solchen Doppelsystemen abgleichen, können wir schlussfolgern, dass ein Neutronenstern die wahrscheinlichste Erklärung für das zweite Objekt ist.” Erhärtet wird dies vom zweiten Ereignis GW200115, das am 15. Januar 2002 von beiden LIGO-Detektoren und dem Virgo-Detektor eingefangen wurde. Dieses Gravitationswellen-Signal stammt ebenfalls von der ungleichen Kollision eines Schwarzen Lochs und eines Neutronensterns, wie die Astronomen berichten. Beteiligt an der rund eine Milliarde Lichtjahre entfernten Verschmelzung waren ein sechs Sonnenmassen schweres Schwarzes Loch und ein Neutronenstern mit 1,5 Sonnenmassen. Durch Triangulation gelang es den Wissenschaftlern, die Position dieses Ereignisses auf ein Himmelsgebiet einzugrenzen, das der Größe von rund 3000 Vollmonden entspricht.
