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Was passiert, wenn zwei Schwarze Löcher aufeinandertreffen?

Eine kosmische Kollision zweier Schwarzer Löcher könnte das Geheimnis um Einsteins Gravitationswellen lösen.
28.9.15
Verschmelzende Schwarze Löcher. Bild: imago/ Science Photo Library

Ein einziges Schwarzes Loch ist schon schwer vorstellbar, wenn es sich jedoch noch mit einem anderen supermassiven Kumpel zusammen tut, wird das Mysterium für unsere menschliche Vorstellungskraft noch ein wenig unbegreifbarer. Eines der größten astronomischen Rätsel der Gegenwart besteht dabei darin, ob bei solch einem Crash die von Einstein berechneten Gravitationswellen entstehen. Eine Gravitationswelle ist eine Welle in der Raumzeit, die den Raum mit Lichtgeschwindigkeit durchquert und dabei bestimmte Abstände vorübergehend staucht oder streckt und somit die im Science Fiction gerne verwendeten Verschiebungen in der Raumzeit initiiert.

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Normalerweise existieren supermassive Schwarze Löcher im Inneren von Galaxien in gepflegter Einsamkeit—man vermutet, dass die meisten Galaxien in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch besitzen—, doch hin und wieder kommt es vor, dass zwei Galaxien verschmelzen und so zwei Schwarze Löcher einander begegnen. Dann umkreisen die beiden galaktischen Dichtephänomene einander in zunehmender Geschwindigkeit wie in einem tödlichen Tanz bis sie letzen Endes in einer gigantischen Explosion miteinander kollidieren—in beiden Fällen lösen sie die vermuteten Gravitationswellen aus, die sich wie Wellenringe auf einem See im Weltall ausbreiten. So zumindest die Theorie.

Verschmelzende Schwarze Löcher. Bild: Wikipedia, NASA | Public Domain

Einstein ging davon aus, dass Raum und Zeit keine voneinander getrennten Faktoren sind, sondern eng miteinander verwoben. Durch die enorme Erschütterung bei einem Zusammenprall zweier Schwarzer Löcher könnte diese enge Verbindung gestört werden. Da sich Schwarze Löcher bisher jedoch nie so nah gekommen sind, war die Existenz dieser Raumzeitwellen bisher eine unbestätigte Annahme.

Nun hatten Forscher um den Astronom Dr. Ryan Shannen, vom australischen CSIRO (der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) und dem International Center for Radioastronomy Research, eine neue Forschungsidee und wollten diese Gravitationswellen mit Hilfe einer indirekten Methode ermitteln. Dazu untersuchten sie die Lichtsignale von Pulsaren und veröffentlichten die Ergebnisse nun in Science.

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Aus dem Weltraum kommen kurze Radiosignale und keiner weiß woher

Pulsare sind rotierende Neutronensterne, die sich wie riesige Kreisel um ihre eigene Achse drehen, so dass eine Rotation lediglich zwischen wenigen Millisekunden und einigen Sekunden dauert. Dabei senden sie charakteristische Blinksignale aus, die von Radiostrahlen hervorgerufen werden, welche entlang einer geraden Achse an zwei entgegengesetzten Seiten aus dem Stern austreten und sich, wie das Licht eines Leuchtturms, mit ihm drehen. Diese Lichtpulse ereignen sich dabei in so exakt, gleichbleibenden Abständen, wie bei einer Art kosmischem Uhrwerk.

Passiert nun eine Gravitationswelle solch einen Pulsar zeigt das blinkende Licht Unregelmäßigkeiten an—als hätte der Puls des Sterns einen Schluckauf. Nach solchen galaktischen „Hicksern" begaben sich die Wissenschaftler am Parkes Pulsar Timing Array (PPTA) am Parkes Observatory in New South Wales, Australien nun auf die Suche.

Das Problem dabei ist nur, dass es im Weltraum mehrere solche Quellen für Gravitationswellen gibt, welche zu einer Art permanentem Hintergrundrauschen in der Raumzeit führen—vergleichbar mit einem ruhigen Gewässer, auf welchem ein einzelner Regentropfens nur leichte Wellen auslöste, ein Landregen die Oberfläche jedoch stark kräuselt. Dieser Situation ist auch die Raumzeit ausgesetzt und die Rückverfolgung zur Ursprungsquelle der jeweiligen Welle würde somit noch einmal zusätzlich erschwert. Doch diese Schwierigkeit blieb den Astronomen in der aktuellen Untersuchung erspart.

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Die Ausbreitung von Gravitationswellen. Bild: Wikimedia, MoocSummers | CC BY-SA 4.0

Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Galaxien unseres Universums aus vielen kleineren Galaxien entstanden sind, welche miteinander verschmolzen. Aus diesem Grund müsste es zahlreiche sich umkreisende, binäre Schwarze Löcher geben, die für unsere galaktische Backgroundmusik sorgen. Elf Jahre beobachteten die Astronomen die Pulsare und—elf Jahre lang blieb es ruhig im Universum.

Doch nicht so schlimm? Das passiert mit deinem Körper, wenn du in ein Schwarzes Loch fällst.

Und so fasst Shannen in einer Presseerklärung die traurigen Ergebnisse der neusten Studie zusammen: „In Sachen Gravitationswellen scheint es an der kosmischen Front ziemlich still zu sein." Die Ursache dieser rätselhaften Stille könnte verschiedene Gründe haben. Zum einen wäre es möglich, dass sich die schwarzen Dichtephänomene wesentlich schneller miteinander vereinen, sich dabei kürzer umkreisen und letztendlich auch weniger Gravitationswellen erzeugen, einige Prozesse in unserem Kosmos müssten also möglicherweise neu gedacht werden.

Ein weiteres Mitglied des Forschungsteams, Dr. Paul Lasky, merkte an: „Um die Schwarzen Löcher herum könnte sich Gas befinden, das Reibung erzeugt und somit die Energie abschwächt und so ziemlich schnell verschmelzen lässt." Dr. Lindley Lentati eine Expertin für Pulsartiming-Techniken von der Universität Cambridge regte an, die Frequenz der Messungen zu Erhöhen und 2018 wird das neue Teleskop, das Square Kilometre Array, sicherlich noch empfindlichere Daten zur Untersuchung liefern.

Die Suche geht also weiter und die ganze astronomische Welt wartet mit Spannung darauf, diesem bisher unlösbaren Rätsel auf die Schliche zu kommen.

Homepage-Titelbild: NASA-JPL / Caltech; Wikimedia. Lizenz: Public Domain