Wissenschaftler vermuten, dass sie erstmals die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit exzentrischen Umlaufbahnen registriert haben. Laut einer Studie im Journal Nature Astronomy könnte dies helfen zu erklären, wieso einige der von der LIGO Collaboration und Virgo Collaboration registrierten Verschmelzungen von Schwarzen Löchern viel massereicher sind als für möglich gehalten wurde. Die Studie wurde von Forschern des Center for Computational Relativity and Gravitation am Rochester Institute of Technology (RIT) und der University of Florida durchgeführt.
Exzentrische Umlaufbahnen sind ein Zeichen dafür, dass Schwarze Löcher einander verschlingen, weil sie sich in dicht mit Schwarzen Löchern übersäten Regionen zufällig begegnen, beispielsweise in galaktischen Kernen. Die Wissenschaftler untersuchten das bislang massereichste Gravitationswellen-Doppelobjekt namens GW190521, um festzustellen, ob die Verschmelzung exzentrische Umlaufbahnen aufwies.
“Die geschätzten Massen der Schwarzen Löcher sind jeweils größer als 70 Sonnenmassen, was sie weit oberhalb der geschätzten oberen Grenzmasse platziert, die derzeit von Theorien zur stellaren Entwicklung vorhergesagt wird”, sagte Carlos Lousto, ein Professor an der School of Mathematical Sciences und Co-Direktor des Center for Computational Relativity and Gravitation. “Das ist ein interessanter Fall, um ein Doppelsystem der zweiten Generation zu untersuchen, und eröffnet neue Möglichkeiten für Entstehungsszenarien von Schwarzen Löchern in dichten Sternhaufen.”
Es entstand ein RIT-Team mit Lousto, James Healy, Jacob Lange (Doktorand der Astrophysik 2020), der Professorin und CCRG-Direktorin Manuela Campanelli, dem außerordentlichen Professor Richard O’Shaughnessy und Mitarbeitern der University of Florida, um neue Einblicke in die Daten zu gewinnen und festzustellen, ob die Schwarzen Löcher vor der Verschmelzung hochgradig exzentrische Umlaufbahnen besaßen. Die Untersuchung ergab, dass die Verschmelzung am besten durch ein hochgradig exzentrisches, präzidierendes Modell erklärt wird. Dafür führte das Team hunderte neuer numerischer Simulationen mit lokalen und nationalen Supercomputern durch, was fast ein Jahr dauerte.
“Das stellt einen großen Fortschritt für unser Verständnis dessen dar, wie Schwarze Löcher miteinander verschmelzen”, sagte Campanelli. “Durch unsere modernen Supercomputer-Simulationen und die Menge an neuen Daten von den sich schnell verbessernden LIGO- und Virgo-Detektoren machen wir rasch neue Entdeckungen über das Universum.”
Eine Erweiterung dieser Analyse desselben Teams verwendete ein mögliches elektromagnetisches Pendant, das von der Zwicky Transient Facility beobachtet wurde, um mit GW150521 als Verschmelzung eines exzentrischen Doppelsystems unabhängig die kosmologische Hubble-Konstante zu berechnen. Sie fanden eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den erwarteten Werten und veröffentlichten die Arbeit im Astrophysical Journal.
(THK)
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