„Unsichtbarer Riese“ hinter doppelten Schwarzen Löchern entdeckt

DNVN – Gravitationswellen des Ereignisses GW190814 haben Spuren der Existenz eines verborgenen supermassiven Schwarzen Lochs in der Nähe enthüllt und eröffnen eine neue Perspektive auf die Entstehung binärer Schwarzer Löcher.

Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs. Quelle: SHAO

Doppelte Schwarze Löcher zählen bereits zu den rätselhaftesten Phänomenen im Universum. Wissenschaftler des Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben jedoch kürzlich Hinweise darauf gefunden, dass sie möglicherweise nicht allein existieren. Einige Doppelsysteme Schwarzer Löcher werden wahrscheinlich von einem mysteriösen „Riesenbegleiter“ in der Nähe dominiert.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Wenbiao Han am SHAO berichtete von Anzeichen dafür, dass das Ereignis der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher GW190814 wahrscheinlich unter dem Gravitationseinfluss eines dritten Objekts stattfand – möglicherweise selbst eines supermassiven Schwarzen Lochs.

Die in den Astrophysical Journal Letters veröffentlichten Forschungsergebnisse liefern wichtige Hinweise zur Entschlüsselung des Ursprungs binärer Schwarzer Löcher.

Gravitationswellenereignis, das von der LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration entdeckt wurde. Quelle: SHAO

Seit 2015 hat die LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration mehr als 100 Gravitationswellenereignisse registriert, die hauptsächlich aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher stammen. Obwohl sie zu einem besseren Verständnis der Physik des Universums beigetragen haben, ist der Mechanismus ihrer Entstehung und Entwicklung noch immer nicht vollständig verstanden.

Zuvor hatte Dr. Hans Team das „b-EMRI“-Modell vorgeschlagen, das ein Szenario beschreibt, in dem ein supermassereiches Schwarzes Loch ein Doppelsystem Schwarzer Löcher „einfängt“ und so ein dreistufiges System bildet. In dieser Struktur umkreist das Doppelsystem Schwarzer Löcher das supermassereiche Schwarze Loch und sendet Gravitationswellen in mehreren Frequenzbändern aus. Das Modell wurde in ein LISA-Whitepaper aufgenommen und als wichtiges Forschungsziel für Chinas Weltraum-Gravitationswellenobservatorien identifiziert. Seitdem suchen Wissenschaftler in LIGO-Virgo-Daten nach Anzeichen für die Verschmelzung Doppelsysteme Schwarzer Löcher in der Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs.

Bei der Analyse der GW190814-Daten stellten die Forscher fest, dass die beiden verschmelzenden Schwarzen Löcher ein Massenverhältnis von fast 10:1 aufwiesen. Laut Co-Autor Dr. Shucheng Yang deutet dieses Ungleichgewicht wahrscheinlich darauf hin, dass die beiden einst Teil eines Dreifachsystems waren, wobei das supermassereiche Schwarze Loch sie durch Gravitationswechselwirkungen zusammenzog. Eine andere Hypothese besagt, dass sie sich innerhalb der Akkretionsscheibe eines aktiven galaktischen Kerns bildeten, wo die Schwerkraft dichter Objekte die Verschmelzung vorantrieb.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Umlaufbahn eines dritten festen Objekts, wenn die beiden Schwarzen Löcher in der Nähe verschmelzen, eine Beschleunigung entlang der Sichtlinie des Beobachters erzeugt. Diese Beschleunigung verändert durch den Dopplereffekt die Frequenz der Gravitationswellen und hinterlässt einen „Fingerabdruck“ im Signal.

Parameterschätzungen für GW190814, einschließlich der Massen der beiden Schwarzen Löcher (*m*~1~ und *m*~2~), des Leuchtkraftabstands (*d*~L~), der Sichtlinienbeschleunigung (*a*) und des Leistungsindex (*n*~I~). Gestrichelte Linien kennzeichnen die Medianwerte und 90%-Konfidenzintervalle. Konturdiagramme zeigen die 50%- und 90%-Konfidenzintervalle. Quelle: SHAO

Um dies zu ermitteln, entwickelte das Team ein Gravitationswellenmodell, das die Sichtlinienbeschleunigung berücksichtigt, und wandte die Bayes'sche Analyse auf mehrere Ereignisse mit starken Signalen an. Die Ergebnisse zeigten, dass das Sichtlinienbeschleunigungsmodell bei GW190814 die Hypothese des isolierten Doppelsystems Schwarzer Löcher übertraf.

Diese Beschleunigung wird auf etwa 0,002 c/s-1 geschätzt (90 % Konfidenzniveau, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist), was einen Bayes-Faktor von 58:1 ergibt – ein starker Beweis für die Existenz einer Sichtlinienbeschleunigung.

„Dies ist der erste internationale Beweis für die Existenz eines dritten kompakten Objekts in der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher“, sagte Dr. Han. „Dieser Befund deutet darauf hin, dass das Doppelschwarze Loch in GW190814 Teil eines komplexen Systems sein könnte, anstatt unabhängig zu entstehen. Dies eröffnet neue Perspektiven auf den Mechanismus der Entstehung von Doppelschwarzen Löchern.“

Wenn künftig neue Generationen von Gravitationswellendetektoren wie das Einstein-Teleskop, der Cosmic Explorer oder die Weltraumgeräte LISA, Taiji und TianQin in Betrieb gehen, erwarten Wissenschaftler, auch kleine Signaländerungen mit hoher Präzision erfassen zu können. Dies wird dazu beitragen, weitere Ereignisse wie GW190814 zu entschlüsseln und der Entstehung und Entwicklung binärer Schwarzer Löcher einen Schritt näher zu kommen.

La Khe (Laut SciTech Daily)

Quelle: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-nguoi-khong-lo-vo-hinh-an-minh-sau-ho-den-doi/20250901102834250