Simulation einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern. (N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno/Max-Planck-Institut & SXS-Kollaboration) Der neuesten Gravitationswelle Der Beobachtungslauf hat den bisher größten Fang eingebracht.
In weniger als fünf Monaten, von November 2019 bis März 2020, zeichneten die LIGO-Virgo-Interferometer gewaltige 35 Gravitationswellenereignisse auf. Im Durchschnitt sind das für die Dauer des Laufs jede Woche fast 1,7 Gravitationswellenereignisse.
Dies stellt einen deutlichen Anstieg gegenüber dem festgestellten Wochendurchschnitt von 1,5 Ereignissen dar beim vorherigen Lauf , und ein Ergebnis, das die Gesamtzahl der Ereignisse seit der ersten geschichtsträchtigen Entdeckung einer Gravitationswelle im Jahr 2010 auf 90 erhöht hat September 2015 .
„Diese Entdeckungen stellen eine Verzehnfachung der Zahl dar.“ Gravitationswellen von LIGO und Virgo entdeckt, seit sie mit der Beobachtung begonnen haben. sagte die Astrophysikerin Susan Scot t der Australian National University in Australien.
„Wir haben 35 Ereignisse entdeckt.“ Das ist gewaltig! Im Gegensatz dazu machten wir bei unserem ersten Beobachtungslauf, der 2015–2016 vier Monate dauerte, drei Entdeckungen. „Dies ist wirklich eine neue Ära für die Entdeckung von Gravitationswellen und die wachsende Zahl an Entdeckungen enthüllt so viele Informationen über das Leben und den Tod von Sternen im gesamten Universum.“
Von den 35 neuen Entdeckungen sind 32 höchstwahrscheinlich das Ergebnis von Fusionen zwischen Paaren Schwarze Löcher . Dabei werden Paare von Schwarzen Löchern auf einer engen Umlaufbahn durch die gegenseitige Schwerkraft angezogen und kollidieren schließlich zu einem einzigen, massereicheren Loch schwarzes Loch .
Diese Kollision sendet Wellen durch die Raumzeit, wie die Wellen, die entstehen, wenn man einen Stein in einen Teich wirft; Astronomen können diese Wellen analysieren, um die Eigenschaften der Schwarzen Löcher zu bestimmen.
Eine Infografik, die die Massen aller bisher angekündigten Verschmelzungen Schwarzer Löcher zeigt. (LIGO-Jungfrau/Aaron Geller/Northwestern University)
Die Daten zeigten eine Reihe von Massen von Schwarzen Löchern, wobei das massereichste Loch etwa das 87-fache der Sonnenmasse aufwies. Dieses Schwarze Loch verschmolz mit einem Begleiter mit der 61-fachen Sonnenmasse, was zu einem einzigen Schwarzen Loch mit der 141-fachen Sonnenmasse führte. Dieses Ereignis trägt den Namen GW200220_061928.
Bei einer weiteren Verschmelzung entstand ein Schwarzes Loch mit der 104-fachen Sonnenmasse; Beide gelten als Schwarze Löcher mit mittlerer Masse, einem Massenbereich zwischen 100 und etwa einer Million Sonnenmassen Es wurden nur sehr wenige Schwarze Löcher entdeckt .
GW200220_061928 ist auch deshalb interessant, weil mindestens eines der an der Verschmelzung beteiligten Schwarzen Löcher in das fällt, was wir die obere Massenlücke nennen. Unseren Modellen zufolge können sich aus einem einzelnen Stern keine Schwarzen Löcher mit mehr als etwa 65 Sonnenmassen bilden, wie dies bei Schwarzen Löchern mit Sternmasse der Fall ist.
Das liegt daran, dass die Vorläufersterne so massereich sind, dass ihre Supernovae – sogenannte Supernovae – entstehen Paarinstabilitäts-Supernovae - sollte den Sternkern vollständig auslöschen und nichts zurücklassen, was durch die Schwerkraft in ein Schwarzes Loch kollabieren könnte.
Dies deutet darauf hin, dass das 87 Sonnenmassen schwere Schwarze Loch das Produkt einer früheren Fusion sein könnte. GW200220_061928 ist nicht das erste, an dem ein Schwarzes Loch in der oberen Massenlücke beteiligt ist, aber seine Entdeckung legt nahe, dass hierarchische Verschmelzungen von Schwarzen Löchern keine Seltenheit sind.
Und ein anderes Ereignis enthält ein Objekt im geringere Massenlücke – eine Lücke aus Schwarzen Löchern mit der 2,5- bis 5-fachen Sonnenmasse. Wir haben nicht schlüssig eine gefunden Neutronenstern größer als das erstere oder ein Schwarzes Loch kleiner als das letztere; Bei dem Ereignis namens GW200210_092254 handelte es sich um ein Objekt mit 2,8 Sonnenmassen. Astronomen sind zu dem Schluss gekommen, dass es sich wahrscheinlich um ein sehr kleines Schwarzes Loch handelt.
„Ein Blick auf die Massen und Spins der Schwarzen Löcher in diesen Doppelsternsystemen zeigt, wie diese Systeme überhaupt zusammengekommen sind.“ sagte Scott .
„Es wirft auch einige wirklich faszinierende Fragen auf.“ Entstand das System beispielsweise ursprünglich aus zwei Sternen, die ihre Lebenszyklen gemeinsam durchliefen und schließlich zu Schwarzen Löchern wurden? Oder wurden die beiden Schwarzen Löcher in einer sehr dichten dynamischen Umgebung zusammengedrängt, etwa im Zentrum einer Galaxie?
Bei den anderen drei der 35 Ereignisse handelte es sich um ein Schwarzes Loch und etwas anderes, das viel weniger massereich war, wahrscheinlich ein Schwarzes Loch Neutronenstern . Diese Ereignisse sind für Astronomen von großem Interesse, da sie möglicherweise das Innere eines Neutronensterns enthüllen – falls wir jemals einen entdecken, der Licht aussendet. Indem wir mehr dieser Fusionen finden, können wir beginnen, ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie sie tatsächlich stattfinden.
„Erst jetzt beginnen wir, die wunderbare Vielfalt von Schwarzen Löchern und Neutronensternen zu schätzen.“ sagte der Astronom Christopher Berry der University of Glasgow im Vereinigten Königreich
„Unsere neuesten Ergebnisse beweisen, dass es sie in vielen Größen und Kombinationen gibt – wir haben einige seit langem bestehende Rätsel gelöst, aber auch einige neue Rätsel aufgedeckt.“ Mithilfe dieser Beobachtungen sind wir der Lösung der Geheimnisse darüber, wie sich Sterne, die Bausteine unseres Universums, entwickeln, einen Schritt näher gekommen.“
Die Arbeit des Teams wurde zur Veröffentlichung eingereicht und kann auf dem Preprint-Server gefunden werden arXiv .