Ein “Budget” zur Häufigkeit der Kollisionen von Schwarzen Löchern

Künstlerische Darstellung der Kollision zweier Schwarzer Löcher, ähnlich denen der von LIGO und Virgo registrierten Gravitationswellensignale. (Image credit: LIGO / Caltech / MIT / Sonoma State (Aurore Simonnet))
Künstlerische Darstellung der Kollision zweier Schwarzer Löcher, ähnlich denen der von LIGO und Virgo registrierten Gravitationswellensignale. (Image credit: LIGO / Caltech / MIT / Sonoma State (Aurore Simonnet))

Seit dem Durchbruch in der Gravitationswellenastronomie im Jahr 2015 konnten Wissenschaftler aufgrund gravitationsbedingter Kollisionen mehr als ein Dutzend Paare naher Schwarzer Löcher nachweisen. Man diskutiert allerdings noch darüber, wie viele dieser Schwarzen Löcher aus Sternen hervorgingen und wie sie innerhalb der Lebensdauer des Universums nahe genug für eine Kollision kommen konnten.

Jetzt könnte eine vielversprechende neue Studie von einem Astrophysiker der Vanderbilt University uns eine neue Methode zur Schätzung der Anzahl der für Kollisionen verfügbaren Sterne in der Geschichte des Universums geben.

Die Forschungsarbeit erschien am 31. Januar 2020 in den Astrophysical Journal Letters und wird Wissenschaftlern zukünftig helfen, die zugrundeliegende Sternpopulation zu interpretieren und die Entstehungstheorien aller kollidierenden Schwarzen Löcher im Universum zu überprüfen.

“Bis jetzt haben Forscher die Entstehung und Existenz von Paaren aus Schwarzen Löchern im Universum vermutet, aber die Ursprünge ihrer Vorläufersterne bleiben noch ein Rätsel”, sagte Karan Jani von der Vanderbilt University, der leitende Autor der Studie. “Mit dieser Studie führten wir eine forensische Untersuchung von kollidierenden Schwarzen Löchern durch und nutzten dafür die astrophysikalischen Beobachtungen, die momentan verfügbar sind. In dem Prozess entwickelten wir eine fundamentale Grenze – Budget genannt – die uns den Bruchteil der Sterne seit Beginn des Universums verrät, die als Schwarze Löcher kollidieren.”

Unter Zuhilfenahme von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, welche beschreibt, wie Schwarze Löcher interagieren und letztendlich miteinander kollidieren, nutzten Jani und der Co-Autor Abraham Loeb von der Harvard University LIGO-Ereignisse, um eine Bestandsaufnahme der zeitlichen und räumlichen Ressourcen des Universums zu jedem Zeitpunkt zu erstellen. Dann entwickelten sie die Grenzen, die jeden Schritt im Entstehungsprozess des Paares aus Schwarzen Löchern berücksichtigen: die Anzahl der verfügbaren Sterne im Universum, der Prozess des Übergangs jedes Sterns in ein Schwarzes Loch und den Nachweis der Kollisionen dieser Schwarzen Löcher hunderte Millionen Jahre später durch die Gravitationswellenbeobachtungen von LIGO.

“Anhand der aktuellen Beobachtungen stellten wir fest, dass 14 Prozent aller massereichen Sterne im Universum als Schwarze Löcher kollidieren werden. Das ist eine bemerkenswerte Effizienz seitens der Natur”, sagte Jani. “Diese hinzugefügten Grenzen in unserem Rahmenwerk sollten Forschern helfen, die Geschichten der Schwarzen Löcher zurückzuverfolgen und alte Fragen zu beantworten, während zweifellos weitere noch exotischere Szenarien aufkommen.”

Die Forschungsarbeit wird vom GRAVITY Program an der Vanderbilt University finanziert und teilweise von der Black Hole Initiative der Harvard University unterstützt, die durch Fördermittel der John Templeton Foundation und der Gordon and Betty Moore Foundation finanziert wird.

Quelle

(THK)

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