Gravitationswellen: Hinweis auf Überreste von „fehlgeschlagenen Supernovae“

Ein Forschungsteam aus den USA hat in Daten von Gravitationswellendetektoren einen Hinweis auf sogenannte fehlgeschlagene Supernovae gefunden, bei denen massive Sterne ohne eine gigantische Explosion direkt in Neutronensterne oder Schwarze Löcher kollabieren sollen. An 257 der mehr als 300 Kollisionen von Schwarzen Löchern, die die hochsensiblen Messinstrumente über Gravitationswellen aufgespürt haben, waren demnach unerwartet viele von etwa zehn Sonnenmassen beteiligt. Sie dürften Überreste solcher gescheiterter Supernovae sein, meint die Forschungsgruppe. Außerdem fand die Gruppe erstmals Hinweise auf eine Lücke bei Schwarzen Löchern von etwa 12 bis 16 Sonnenmassen. Auch die passt zum Modell gescheiterter Supernovae, wird von den Daten aber nicht zwingend verlangt.

Messdaten passen zu den Theorien

Ihre Analyse untermauere die Theorie, dass nicht alle besonders massereichen Sterne in Explosionen enden, aus deren Überresten Neutronensterne oder Schwarze Löcher entstehen, schreibt die Gruppe. Bislang gibt es keinen Nachweis eines großen Sterns, der direkt in solch einen kompakten Himmelskörper kollabiert – wohl aber Verdachtsfälle. Zu denen gehört ein riesiger Stern mit der Bezeichnung N6946-BH1, der auf Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops zwischen 2007 und 2015 verschwunden ist. Die Daten der Gravitationswellendetektoren passen nun zu den Theorien, dass bei einem derartigen Kollaps Schwarze Löcher mit ganz bestimmten Eigenschaften entstehen, allen voran einer auffällig einheitlichen Masse von etwa zehn Sonnenmassen.

Gravitationswellen wurden bereits aus Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie hergeleitet, anfangs hat man es aber für unmöglich gehalten, dass sie tatsächlich beobachtet werden könnten. Es handelt sich um winzige Verformungen des Raums, die bei der Beschleunigung der massereichsten Objekte im Universum entstehen. Suchten anfangs nur die Detektoren LIGO in den USA und Virgo in Italien, beteiligte sich Anfang 2020 auch der japanische Detektor KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector) an der Suche. Gefunden werden damit Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung Schwarzer Löcher und von Neutronensternen entstanden sind. Aus ihrer Stärke lassen sich Informationen über deren Eigenschaften ermitteln. Für die Forschung gab es 2017 den Physik-Nobelpreis.

„Mit dieser Studie zeigen wir, dass die Gravitationswellendaten mit der Annahme übereinstimmen, dass sich die meisten binären Schwarzen Löcher aus einer ganz besonderen Art von gescheiterten Supernovae bilden; es sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich“, ordnet Hauptautor Isaac Legred, inzwischen an der University of Illinois Urbana-Champaign, das Ergebnis ein. Die Studie habe zudem ergeben, dass sich die Population der Schwarzen Löcher mit zehn Sonnenmassen bezüglich ihrer Rotationsrate vom Rest abhebt. Das stärke noch einmal die Hypothese, dass sich diese Schwarzen Löcher eine Entstehungsart teilen. Vorgestellt wird die Arbeit jetzt im Fachmagazin Physical Review D.