Pallab Ghosh | BBC-Wissenschaftskorrespondent
Wissenschaftler haben Stoßwellen aus ihren Umlaufbahnen entdeckt, als die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren entfernter Galaxien zu verschmelzen beginnen.
Dies könnte der erste direkte Beweis dafür sein, dass supermassereiche Schwarze Löcher Raum und Zeit krümmen, wenn sie sich überlappen und spiralförmig verlaufen.
Der Theorie zufolge wachsen in diesem Zustand Galaxien. Astronomen werden dies bald beobachten können.
Einer der Cluster, die die Entdeckung gemacht haben, ist das European Pulsar Timing Array Consortium (EPTA) unter der Leitung von Professor Michael Kramer vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Deutschland.
Laut Kramer könnte die Entdeckung die Vorstellungen der Astronomen über den Weltraum für immer verändern:
„Es kann uns helfen zu verstehen, ob Einsteins Gravitationstheorie falsch ist und was die dunkle Materie und die dunkle Kraft als das Geheimnisvolle, aus dem der größte Teil des Universums besteht, wirklich sind; es kann auch ein neues Fenster für neue physikalische Theorien öffnen.“
Weitere Studien könnten neue Erkenntnisse über die Rolle liefern, die supermassereiche Schwarze Löcher bei der Entwicklung ganzer Galaxien spielen.
Universität Manchester Dr. Rebecca Bowler gibt an, dass Forscher glauben, dass sich im Zentrum aller Galaxien riesige Schwarze Löcher befinden und dass diese über Milliarden von Jahren gewachsen sind. Aber bis jetzt war alles eine Theorie.
Tatsächliches Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße, in der sich die Erde befindet
„Wir wissen, dass es supermassereiche Schwarze Löcher gibt, wir wissen nur nicht, wie sie dorthin gelangt sind. Die Verschmelzung kleinerer Schwarzer Löcher ist möglich, aber es gibt nicht viele Beobachtungsbeweise dafür.“
„Mit diesen neuen Beobachtungen können wir erstmals eine solche Verschmelzung beobachten. Das wird uns direkt zeigen, wie die massereichsten Schwarzen Löcher entstanden sind.“
Beobachtungen wurden durch die Untersuchung von Signalen toter Sterne, sogenannter Pulsare, durchgeführt. Diese rotieren und senden in regelmäßigen Abständen Funksignale aus.
Forscher, darunter Astronomen der Universität Birmingham in England und des Lovell Telescope in der Nähe von Manchester, stellten jedoch fest, dass diese Signale die Erde etwas schneller oder langsamer erreichen, als sie sollten.
Sie geben an, dass die Zeitverzerrung auch durch Gravitationswellen ausgeglichen wird, die durch die Verschmelzung supermassereicher Schwarzer Löcher im Universum entstehen.
Vom Astroteilchen- und Kosmologielabor des Nationalen Wissenschaftlichen Forschungszentrums (CNRS) in Frankreich hat Dr. Stanislav Babak erklärt, dass Gravitationswellen Informationen über „einige der am besten gehüteten Geheimnisse des Universums“ enthalten.
Die neu entdeckten Gravitationswellen unterscheiden sich von den bisher nachgewiesenen. Frühere Wellen wurden dadurch verursacht, dass viel kleinere, sterngroße Schwarze Löcher miteinander kollidierten.
Es wird angenommen, dass die in der neuesten Studie identifizierte Sorte von Schwarzen Löchern stammt, die hunderte Millionen Mal massereicher sind, und dass sie ineinander verschmelzen, wenn sie sich einander nähern.
Der von ihnen erzeugte Gravitationseinfluss ist so stark, dass er zu einer Verkrümmung von Zeit und Raum führt, und dieser Prozess kann Milliarden von Jahren andauern, bis supermassereiche Schwarze Löcher schließlich verschmelzen.
Wenn man sich die Gravitationswellen, die Wissenschaftler zuvor entdeckt haben, als kurze periodische Stöße vorstellt, können die neuen mit einem Hintergrundbrummen verglichen werden, das immer um uns herum ist.
Es ist notwendig, weitere Untersuchungen zu diesem Thema durchzuführen und Beobachtungen zu kombinieren. Der nächste Schritt könnte darin bestehen, supermassive Schwarze-Loch-Paare zu entdecken, wenn sie die Quelle sind.
Es ist auch möglich, dass Gravitationswellen von anderen aufregenden Phänomenen herrühren, etwa von den ersten Schwarzen Löchern, die jemals entstanden sind, oder von exotischen Strukturen, die als kosmische Strings bezeichnet werden. Beides kann man sich als Keime vorstellen, aus denen sich das Universum entwickelte.
Was ist eine Gravitationswelle?
Die Schwerkraft ist eine konstante Kraft in unserem täglichen Leben. Jedes Mal, wenn Ihnen ein Glas aus der Hand fällt, fällt es zu Boden und zerspringt. Aber die Schwerkraft im Weltraum bleibt nicht gleich. Dies kann sich ändern, wenn ein plötzliches und verheerendes Ereignis eintritt, beispielsweise die Kollision von Schwarzen Löchern.
Dieses Ereignis ist so schockierend, dass sich Raum und Zeit selbst verbiegen und auf der ganzen Welt Wellen verursachen, genau wie ein Kieselstein, der in einen See fällt.
Wenn es um Gravitationswellen geht, dreht sich im Kosmos alles um das Wasser im See. Wenn die Wellen vorbeiziehen, wird alles komprimiert, gedehnt und dann noch etwas mehr gequetscht und flacher. Wie auch im See schrumpfen die Wellen schnell und verschwinden.
Gravitationswellen verschmelzender sterngroßer Schwarzer Löcher wurden erstmals im Jahr 2015 entdeckt. Hochempfindliche Lasersysteme haben die Wellen gemessen, die sich in den letzten Augenblicken vor der Kollision gebildet haben.
Wenn es um Wellen supermassereicher Schwarzer Löcher geht, die sich spiralförmig bewegen, erkennt der Pulsaransatz Wellen, die in den Milliarden von Jahren vor der endgültigen Verschmelzung entstanden sind.
Es ist, als würde man immer Steine in den See werfen. Und das Signal kommt als Kakophonie heraus, wenn im gesamten Raum Verschmelzungen stattfinden.
Das European Pulsar Timing Array Consortium (EPTA) kombinierte die Ergebnisse mit einem Konsortium in Indien (InPTA) und veröffentlichte die Ergebnisse der Studie in der Fachzeitschrift Astronomy and Astrophysics.
Drei verschiedene konkurrierende Forschungscluster aus Nordamerika (NANOGrav), Australien (PPTA) und China (CPTA) veröffentlichten ebenfalls Beispielberichte, was in der Physik- und Astronomie-Community für große Aufregung sorgte.
Keiner der Forschungscluster verfügt über Informationen, die den Fehlerstandard von weniger als einem Teil pro Million erreichen, der für einen schlüssigen Beweis erforderlich ist; Wenn man die Daten jedoch zusammenführt, sind die von den verschiedenen Teams erzielten Ergebnisse recht überzeugend.
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