Künstlerische Darstellung einer Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch. (Carl Knox/OzGrav/Swinburne University) Zum ersten Mal haben Wissenschaftler die Kollision eines a eindeutig bestätigt schwarzes Loch und ein Neutronenstern : Der schicksalhafte Moment, in dem zwei extreme Objekte in einem Ereignis zusammentreffen, das so immens kraftvoll ist, dass seine Wellen im Kosmos auch eine Milliarde Jahre später noch zu erkennen sind.
Erstaunlicherweise wurde diese astronomische Entdeckung nun nicht nur einmal, sondern gleich zweimal gemacht, wie eine internationale Zusammenarbeit Tausender Wissenschaftler berichtet.
In einem neue Studie Um diese weltweit erste Beobachtung zu bestätigen, beschreiben die Forscher detailliert die Entdeckung Gravitationswellen Dies ist das Ergebnis zweier separater und unterschiedlicher Verschmelzungen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern, die jeweils im Januar 2020 von Astronomen im Abstand von nur zehn Tagen registriert wurden.
„Es ist ein großartiger Meilenstein für das aufstrebende Gebiet der Gravitationswellenastronomie“, sagt der Astrophysiker Rory Smith vom ARC Center of Excellence für Gravitationswelle Discovery (OzGrav) an der Monash University.
„Neutronensterne verschmelzen mit Schwarze Löcher gehören zu den extremsten Phänomenen im Universum. „Die Beobachtung dieser Kollisionen eröffnet neue Möglichkeiten, etwas über die grundlegende Physik zu lernen und darüber, wie Sterne geboren werden, leben und sterben.“
Künstlerische Darstellung von Gravitationswellen, die von einem Neutronenstern-Schwarzen-Loch-Binärsystem erzeugt werden. (Mark Myers/OzGrav/Swinburne University)
Die praktisch gleichzeitige Entdeckung der beiden Ereignisse – GW200105 und GW200115 genannt – ist ein Beweis für die Geschwindigkeit, mit der sich das Gebiet der Gravitationswellenwissenschaft weiterentwickelt.
In nur einem halben Jahrzehnt seit dem erste bestätigte Entdeckung von Gravitationswellen Forscher haben nun diese Wellen entdeckt aus Dutzenden von Veranstaltungen – insgesamt etwa 50 Einzelfälle, in denen Schwarze Löcher mit anderen Schwarzen Löchern kollidierten oder Neutronensterne mit anderen Neutronensternen kollidierten.
Eine „gemischte“ Kollision, die die Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch darstellt – ein sogenanntes NSBH-Binärsystem –, war bisher jedoch nie bestätigt worden, obwohl dies von Wissenschaftlern bestätigt wurde zuvor empfangene Signale das waren potenziell deutet auf eine solche Kollision zwischen Neutronenstern und Schwarzem Loch hin .
Nun ist die Entdeckung jedoch eindeutig.
„Im Januar 2020 beobachtete das LIGO-Virgo-Detektornetzwerk Gravitationswellensignale von zwei kompakten binären Spiralen, die mit Neutronenstern-Schwarzen-Loch-Binärsystemen übereinstimmen“, so Forscher der internationalen LIGO-, Virgo- und Kagra-Kollaborationen erklären in der neuen Studie .
„Dies stellen die ersten zuverlässigen Beobachtungen von NSBH-Binärdateien dar, die bislang mit irgendwelchen Beobachtungsmethoden durchgeführt wurden.“
Das erste Ereignis, GW200105, wurde am 5. Januar 2020 entdeckt, wobei ein Schwarzes Loch (mit etwa der neunfachen Sonnenmasse oder 8,9 Sonnenmassen) mit einem Neutronenstern mit 1,9 Sonnenmassen kollidierte.
Diese Kollision fand vor etwa 900 Millionen Jahren statt, obwohl wir gerade erst die Gravitationswellen entdeckt haben, die von der Verschmelzung der beiden Objekte ausgehen.
GW200115, entdeckt am 15. Januar 2020, ist noch älter und entstand, als ein NSBH-Binärsystem vor etwa einer Milliarde Jahren durch die Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit 6 Sonnenmassen und eines Neutronensterns mit 1,5 Sonnenmassen verschmolz.
„Diese Kollisionen haben das Universum bis ins Mark erschüttert und wir haben die Wellen entdeckt, die sie durch den Kosmos geschleudert haben.“ sagt Astrophysikerin Susan Scott von der Australian National University (ANU).
„Jede Kollision ist nicht nur das Zusammentreffen zweier massiver und dichter Objekte. „Es ist wirklich wie Pac-Man, mit einem Schwarzen Loch, das seinen Begleit-Neutronenstern als Ganzes verschluckt.“
Die Existenz dieser binären Systeme wurde schon seit Jahrzehnten vorhergesagt, sie wurden jedoch noch nie zuvor beobachtet. Dank der Entdeckung von Gravitationswellen aus ihren Kollisionen wissen wir nun, dass diese Paare existieren, auch wenn noch viele Fragen offen sind.
„Wir haben jetzt die ersten Beispiele für die Verschmelzung von Schwarzen Löchern mit Neutronensternen gesehen, also wissen wir, dass sie da draußen sind.“ sagt Gravitationswellenastronomin Maya Fishbach von der Northwestern University.
„Aber es gibt immer noch so viel, was wir über Neutronensterne und Schwarze Löcher nicht wissen – wie klein oder groß sie werden können, wie schnell sie sich drehen können, wie sie sich zu Fusionspartnern zusammenschließen.“ „Mit zukünftigen Gravitationswellendaten werden wir über die Statistiken verfügen, um diese Fragen zu beantworten und letztendlich erfahren, wie die extremsten Objekte in unserem Universum hergestellt werden.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .