Jüngste Beobachtungen einer Verschmelzung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen haben Annahmen über den Ablauf dieser extremen kosmischen Ereignisse auf den Kopf gestellt. Wissenschaftler, die die Gravitationswellen des Ereignisses mit der Bezeichnung GW200105 analysierten, entdeckten, dass die beiden Sternreste vor der Kollision spiralförmig in einer ovalen statt einer kreisförmigen Umlaufbahn zusammenliefen – ein Befund, der bestehende Modelle der Bildung und Entwicklung binärer Systeme in Frage stellt.
Die Entdeckung und ihre Auswirkungen
Die Verschmelzung, die vom Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) und Virgo in einer Entfernung von etwa 910 Millionen Lichtjahren entdeckt wurde, erzeugte ein neues Schwarzes Loch mit etwa der 13-fachen Masse unserer Sonne. Forscher der Universität Birmingham haben ein neuartiges Gravitationswellenmodell entwickelt, um die Umlaufbahnen der kollidierenden Objekte zu rekonstruieren. Diese Analyse ergab einen erheblichen Mangel an Präzession – Wackeln – in den Augenblicken vor der Verschmelzung, was auf eine exzentrische, elliptische Umlaufbahn hindeutet.
Dies ist das erste Mal, dass solche Orbitaleigenschaften in einem gemischten System aus Schwarzen Löchern und Neutronensternen gemessen wurden. Die Implikationen sind erheblich: Frühere Schätzungen der Massen der Vorläuferobjekte waren wahrscheinlich ungenau, wobei frühere Analysen auf ein kleineres Schwarzes Loch (etwa 9 Sonnenmassen) und einen Neutronenstern mit geringerer Masse (etwa 2 Sonnenmassen) schließen ließen.
Der Einfluss eines dritten Körpers?
Die elliptische Umlaufbahn legt nahe, dass das Doppelsternsystem nicht isoliert entstanden ist. Stattdessen interagierte es wahrscheinlich gravitativ mit anderen Sternen oder einem dritten Begleitobjekt. Laut Patricia Schmidt, einem Teammitglied der University of Birmingham, „verrät die Umlaufbahn das Spiel … Ihre elliptische Form zeigt, dass sich dieses System nicht stillschweigend entwickelt hat, sondern mit ziemlicher Sicherheit durch Gravitationswechselwirkungen geformt wurde.“
Warum das wichtig ist
Diese Ergebnisse verdeutlichen die komplexen und chaotischen Umgebungen, in denen Schwarze Löcher und Neutronensterne entstehen. Bisher wurden für solche Systeme kreisförmige Umlaufbahnen angenommen, was zu einer Unterschätzung der Massen Schwarzer Löcher führte. Die Entdeckung exzentrischer Umlaufbahnen deutet auf einen gemeinsamen Geburtsort in dichten Sternhaufen hin, in denen häufige Gravitationswechselwirkungen auftreten. Wie Gonzalo Morras von der Universidad Autónoma de Madrid feststellt, ist dies „ein überzeugender Beweis dafür, dass nicht alle Neutronenstern-Schwarze-Loch-Paare denselben Ursprung haben.“
Die Beobachtung unterstreicht die Grenzen aktueller theoretischer Modelle und weist auf die Notwendigkeit verfeinerter Simulationen hin, die Mehrkörperwechselwirkungen in extremen astrophysikalischen Umgebungen berücksichtigen. Dies wird unser Verständnis darüber verfeinern, wie diese mächtigen Verschmelzungen die Entwicklung von Galaxien und die Verteilung schwerer Elemente im Universum beeinflussen.
