Wissenschaftler haben das Rätsel um die massereichste jemals entdeckte Verschmelzung von Schwarzen Löchern gelöst und enthüllt, wie zwei „unmögliche“ Schwarze Löcher entstanden sind, obwohl lange Zeit angenommen wurde, dass Sterne dieser Größe nicht existieren dürften. An der Kollision mit der Bezeichnung GW231123 waren zwei Schwarze Löcher beteiligt, die etwa das 100- und 130-fache der Masse unserer Sonne wogen – und fielen in eine zuvor angenommene „Massenlücke“, in der Schwarze Löcher nicht existieren sollten.
Das unmögliche Problem des Schwarzen Lochs
Jahrzehntelang glaubten Astronomen, dass Sterne, die groß genug sind, um Schwarze Löcher dieser Größenordnung zu erzeugen, heftig in Supernovae explodieren würden und keinen Überrest zurücklassen würden, der in ein Schwarzes Loch kollabieren könnte. Die Entdeckung von GW231123 stellte dieses Verständnis in Frage, da es sich um zwei solcher „verbotenen“ Objekte handelte, die sich beide mit extremer Geschwindigkeit drehten. Dies warf die Frage auf: Wie konnten diese Schwarzen Löcher entstehen, wenn sie nicht sollten?
Die Rolle von schneller Rotation und Magnetismus
Der Durchbruch gelang durch detaillierte Simulationen, die schnell rotierende, stark magnetisierte Sterne berücksichtigten. Forscher fanden heraus, dass beim Kollaps dieser Sterne starke Magnetfelder im Kern starke Ausflüsse erzeugen, die einen Großteil der Sternmaterie ausstoßen, bevor sie in das entstehende Schwarze Loch fallen kann. Durch diesen Prozess wird die Endmasse reduziert und in die zuvor unzugängliche Masselücke gedrückt.
„Wir haben gezeigt, dass der Stern, wenn er sich schnell dreht, eine Akkretionsscheibe um das neu entstandene Schwarze Loch bildet. Starke Magnetfelder, die in dieser Scheibe erzeugt werden, können starke Ausflüsse auslösen, die einen Teil des Sternmaterials ausstoßen und so verhindern, dass es in das Schwarze Loch fällt.“ — Ore Gottlieb, Zentrum für Computational Astrophysics
Die Simulation verknüpfte auch die endgültige Masse und den Spin des Schwarzen Lochs mit der Stärke seines Magnetfelds. Stärkere Felder schleudern mehr Material aus, was zu einem Rest mit geringerer Masse und langsamerer Rotation führt. Schwächere Felder ermöglichen eine größere Massenerhaltung und erzeugen schwerere, schneller rotierende Schwarze Löcher. Die aus GW231123 abgeleiteten Eigenschaften stimmen perfekt mit diesem Modell überein und legen nahe, dass sich ein Schwarzes Loch in einem Stern mit mäßigem Magnetismus gebildet hat, während das andere aus einem schwächeren Feld stammte.
Implikationen für die Schwerkraft und die kosmische Geschichte
Diese Entdeckung hat tiefgreifende Auswirkungen. Extreme Ereignisse wie GW231123 bringen Einsteins allgemeine Relativitätstheorie an ihre Grenzen und bieten ein Testgelände für die Theorie in extremsten Gravitationsumgebungen. Die Möglichkeit, solche Verschmelzungen durch Gravitationswellen – Wellen in der Raumzeit – zu beobachten, bietet ein einzigartiges Fenster ins Universum, durch das nicht einmal Licht entkommen kann.
Darüber hinaus deuten die neuen Erkenntnisse darauf hin, dass sich Schwarze Löcher möglicherweise effizienter bilden als bisher angenommen. Wenn dieser Mechanismus im frühen Universum üblich war, könnte er erklären, wie die erste Generation von Sternen und Schwarzen Löchern die supermassiven Schwarzen Löcher hervorbrachte, die heute in den Zentren der Galaxien zu finden sind.
Was kommt als nächstes?
Die Arbeit des Teams sagt voraus, dass zukünftige Gravitationswellennachweise einen klaren Zusammenhang zwischen der Masse und dem Spin eines Schwarzen Lochs offenbaren werden. Wenn immer mehr massereiche Doppelsternsysteme von Schwarzen Löchern entdeckt werden, werden Wissenschaftler testen, ob dieser Zusammenhang für eine größere Population gilt. Sollte dies bestätigt werden, könnte dies den neuen Bildungsweg bestätigen und eine verborgene Population massiver, sich schnell drehender Schwarzer Löcher aufdecken. Die Kollision von GW231123 könnte nur das erste Zeichen einer neuen Ära in der Schwarzlochforschung sein.
