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Kollisionen in Sternhaufen sind anders
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
astronews.com
18. Mai 2020
Heute nachweisbare Gravitationswellen können durch Kollision
und Verschmelzung von Schwarzen Löchern, Neutronensternen oder von einem
Schwarzen Loch mit einem Neutronenstern entstehen. Wie sich die Signale hierbei
unterscheiden, verraten Simulationen, die eine Auswertung der Beobachtungen erst
möglich machen. Die Unterschiede hängen aber offenbar auch von der Umgebung ab.
Künstlerische Darstellung der Kollision zweier
Neutronensterne.
Bild: NSF/LIGO/Sonoma State University/A.
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Verschmelzen Schwarze Löcher mit Neutronensternen in dichten Sternhaufen,
unterscheidet sich dieses Ereignis deutlich von solchen in isolierten Regionen,
in denen sich nur wenige Sterne befinden. Die damit verbundenen Merkmale könnten
für die Untersuchung von Gravitationswellen und ihrer Herkunft von
entscheidender Bedeutung sein. Zu diesem Ergebnis kommt Dr. Manuel Arca Sedda
vom Astronomischen Rechen-Institut der Universität Heidelberg in einer Studie,
die er auf Basis von Computersimulationen durchgeführt hat. Sie könnte wichtige
Aufschlüsse für eine 2019 von Astronomen beobachtete Fusion von zwei
massereichen stellaren Objekten bieten.
Sterne, die viel massereicher sind als unsere Sonne, beenden ihr Leben meist
als Neutronenstern oder Schwarzes Loch. Neutronensterne lassen sich oft als
Pulsare nachweisen und senden dann regelmäßige Strahlungspulse aus. Im August
2017 gelang es erstmals, die Verschmelzung von zwei Neutronensternen zu beobachten. Sie
verriet sich durch die Gravitationswellen, die dabei entstanden und konnte
anschließend auch von Teleskopen in verschiedenen Wellenlängen identifiziert
werden (astronews.com berichtete).
Schwarze Löcher hingegen bleiben meist unentdeckt, da ihre Schwerkraft so
stark ist, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Für Detektoren
elektromagnetischer Strahlung sind sie somit unsichtbar. Verschmelzen zwei
Schwarze Löcher, ist dieses Ereignis zwar nicht sichtbar, doch auch dies verrät
sich durch Gravitationswellen. Der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen
im Jahr 2015 deutete etwa genau auf eine solche Verschmelzung hin.
Gravitationswellen können aber nicht nur durch die Kollision von zwei
Schwarzen Löchern oder Neutronensternen entstehen, sondern auch durch die Fusion
von einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern. Diese Unterschiede
nachzuweisen, gehört zu den großen Herausforderungen bei der Beobachtung
derartiger Ereignisse, so Dr. Arca Sedda. In seiner Studie hat der Heidelberger
Wissenschaftler die Verschmelzung von Paaren aus Schwarzen Löchern und
Neutronensternen analysiert. Dazu wurden mit detaillierten Computersimulationen
die wechselseitigen Beeinflussungen zwischen einem aus einem Stern und einem
kompakten Objekt, etwa einem Schwarzen Loch, bestehenden System mit einem
dritten vorbeifliegenden massereichen Objekt untersucht, das für eine
Verschmelzung notwendig ist.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Art von
Drei-Körper-Wechselwirkungen tatsächlich zur Verschmelzung von Schwarzen Löchern
und Neutronensternen in dichten Sternregionen wie zum Beispiel in
Kugelsternhaufen beitragen können. "Dabei lässt sich eine spezielle Familie
dynamischer Verschmelzungen definieren, die sich von isolierten Fällen deutlich
unterscheiden", erklärt Arca Sedda.
Die Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern wurde
erstmals im August 2019 von Gravitationswellenobservatorien beobachtet.
Observatorien auf der ganzen Welt konnten jedoch kein elektromagnetisches
Gegenstück in dem Bereich finden, aus dem das Signal der Gravitationswellen kam.
Das könnte darauf hindeuten, dass das Schwarze Loch den Neutronenstern komplett
verschlungen hat, ohne ihn vorher zu zerstören. Bestätigt sich dies, könnte es
sich um die erste beobachtete Fusion eines Schwarzen Lochs mit einem
Neutronenstern handeln, die – wie von Arca Sedda beschrieben – in einer dichten
Sternumgebung stattfand.
Die Ergebnisse wurden jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift
Communications Physics veröffentlicht.
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