Gravitationswellen-Detektor fängt bisher das hellste Black-Hole-Smashup ein

Es gibt eine Population von Monstern, die in den dunklen Tiefen des Weltraums lauern, die die Astronomen kennenlernen wollen.

Diese Monster sind Paare von schwarzen Löchern, jedes mit Massen von etwa fünf bis zu mehreren zehn mal der der Sonne, die ineinander stürzen und dabei noch massivere schwarze Löcher bilden. Diese Woche haben Wissenschaftler des Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatoriums (LIGO) bekannt gegeben, dass sie bereits in diesem Sommer ein Gravitationswellensignal von einem weiteren dieser Black-Hole-Merger entdeckt haben - dem fünften seit 2015, an dem einige der leichtesten schwarzen Löcher LIGO beteiligt sind hat jemals entdeckt.

"Wir lernen Schwarze Löcher auf eine wirklich neue und beispiellose Weise kennen", sagte Eve Chase, Doktorandin an der Northwestern University und Mitglied der LIGO-Kollaboration, gegenüber ProfoundSpace.org.

Wellen machen

LIGO wurde entwickelt, um Gravitationswellen oder Wellen im Weltraum selbst zu erkennen. Albert Einstein zeigte, dass sehr massive Objekte wie Sterne und Planeten den Raum wie eine Bowlingkugel auf einer Matratze krümmen. (Er zeigte auch, dass die Zeit grundlegend mit dem Raum verbunden ist, daher nannte er die universelle Stoffraum-Zeit.) Gravitationswellen entstehen, wenn sich massive Objekte schnell durch die Raumzeit bewegen.

Am 14. September 2015 hat LIGO den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen durchgeführt, mehr als 100 Jahre nachdem Einstein sie erstmals vorhergesagt hatte. (Die Entdeckung wurde im Februar 2016 angekündigt.) Die Raum-Zeit-Wellen kamen von zwei schwarzen Löchern, die sich umkreisten und allmählich immer näher zusammenkamen, bis sie schließlich zusammenstießen. Bei allen fünf von LIGO entdeckten Black-Hole-Fusion-Ereignissen handelt es sich um so genannte Schwarze Löcher mit Sternenmassen, deren Massen zwischen dem Fünf- und dem Hundertfachen der Sonnenmasse der Erde liegen.

"Wir haben fünf verschiedene kleine Familien von Schwarzen Löchern, die alle ihre eigenen Macken haben", sagte Chase. "Jede Erkennung ist ein wenig anders. Einige sind sehr laut, manche sind sehr weit weg, einige haben leichtere Massen, einige haben schwarze Löcher, die fast gleiche Massen haben."

Vor der Entdeckung von LIGO im Jahr 2015 konnten Forscher indirekt schwarze Sterne mit großer Masse beobachten, indem sie nach Licht suchten, das von einem Stern oder einem Materialring kam, der um das Schwarze Loch kreist. Schwarze Sterne mit Sternenmassen, die durch Röntgenstrahlen entdeckt wurden, testeten typischerweise etwa 10 bis 20 Sonnenmassen, aber einige der von LIGO entdeckten schwarzen Löcher waren viel größer (was für Wissenschaftler eine kleine Überraschung war).

Aber diese Woche gab LIGO bekannt, dass die Instrumente am 8. Juni eine Fusion von Schwarzen Löchern mit einigen der hellsten schwarzen Löcher entdeckt haben, die das Observatorium bisher entdeckt hat, mit sieben und zwölf Sonnenmassen. Die Fusion schuf ein Schwarzes Loch, das 18-mal so groß wie die Sonnenmasse ist, wobei bei der Fusion einige Masse verloren gingen. Laut Chase ist es mit hoher Wahrscheinlichkeit das leichteste Schwarze Loch in der kombinierten Masse, das von LIGO entdeckt wurde. Die bei der Kollaboration am 26. Dezember 2015 festgestellte Fusion umfasste schwarze Löcher mit sehr ähnlichen Massen.

"Der Kicker mit dieser Veranstaltung ist die Messe", sagte Chase, der bei der Analyse der Veranstaltung vom 8. Juni führend war, gegenüber ProfoundSpace.org. "Das Ereignis vom 8. Juni hat Massen, die mit Schwarzen Löchern übereinstimmen, die zuvor durch Röntgenbeobachtungen entdeckt wurden, und erlaubt es uns, durch Röntgenbeobachtungen entdeckte Schwarze Löcher mit Schwarzen Löchern aus Gravitationswellendetektionen zu vergleichen. Dies stellt eine Verbindung zwischen zwei getrennten Populationen von Schwarz her Löcher."

LIGO entdeckt schnell schwarze Löcher und wird bald so viele gefunden haben, wie es von Licht-basierten Beobachtungen vor den ersten Entdeckungen der Kollaboration bekannt war, sagte Chase. LIGO hat auch einen Begleiter bei dieser Suche: Im August ging das Gravitationswellen-Observatorium in Italien online, und die beiden Observatorien machten in diesem Monat zwei gemeinsame Signalerkennungen - eine Fusion schwarzer Löcher am 14. August und die allererste Entdeckung einer binäre Neutronenstern Fusion am 17. August.

"Wir befinden uns erst am Anfang einer Population dieser binären Schwarzen Löcher", sagte Chase.

"Diese Doppelsternsysteme können entweder allein oder auf dem Times Square in Sternenumgebungen, in dichten Clustern mit Sternenhaufen, entstehen", schrieb Chase in einer E-Mail. "Die Sterne, die in dichten Umgebungen geboren werden, werden viel mehr herumgeschleudert als isolierte Sterne und hinterlassen bleibende Auswirkungen auf die Umlaufbahn und Spins der Systeme. Nach etwa einhundert binären Black-Hole-Detektionen von LIGO und Virgo ist es vielleicht möglich zu bestimmen das Verhältnis von schwarzen Löchern, die isoliert zu denen gebildet wurden, die in überfüllten Umgebungen gebildet wurden. "

LIGO-Wissenschaftler sind jetzt wie Zoologen, die eine seltene Art in freier Wildbahn untersuchen - ihre Aufgabe ist es, zwischen den Eigenschaften der Individuen und denen der gesamten Bevölkerung zu unterscheiden.

"Wir können mit nur fünf Ereignissen keine Schlussfolgerungen ziehen, aber wir sind auf dem Weg, um zu erforschen, wie binäre Schwarze Löcher entstehen", fügte sie hinzu.

Aber Chase sagte, dass Astronomen die bisher gemachten Erfassungen nutzen werden, um zu versuchen abzuschätzen, wie viele dieser binären Schwarzen Löcher der Sonnenmasse in Galaxien lauern. Jede neue Erkennung wird dazu beitragen, diese Schätzungen zu verfeinern.

LIGO durchläuft ein weiteres Upgrade, das seine Empfindlichkeit verbessern und das Volumen des Himmels erhöhen wird, über den es nach Gravitationswellen suchen kann. Es wird im Herbst 2018 mit den Beobachtungen beginnen.