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Möglicherweise haben wir Hinweise darauf, dass ein Neutronenstern in ein Schwarzes Loch eingeschlagen ist

2020

Das Erkennen von Gravitationswellen hat nicht die Art von Bombenattacke, die es vor drei Jahren gab, aber das macht es nicht weniger bemerkenswert. Diese Observatorien - wahrscheinlich die empfindlichsten Instrumente, die Menschen je gebaut haben - lehren uns immer wieder über Ereignisse im Universum, die bis vor kurzem verborgen waren. Wir haben Paare von Schwarzen Löchern untersucht, die verschmelzen, Neutronensterne ineinander kollidieren, und jetzt haben wir vielleicht endlich Anzeichen dafür gesehen, dass ein Schwarzes Loch in einen Neutronenstern eingeschlagen ist. Das ist etwas, von dem Wissenschaftler nie wirklich sicher waren, dass es überhaupt möglich ist.

"Es ist eine Entdeckung eines neuartigen astrophysikalischen Systems, dessen Existenz nicht sicher war", sagt Katerina Chatziioannou, Mitglied des LIGO-Teams am Center for Computational Astrophysical des Flatiron Institute in New York und Professorin am Caltech. „Diese Systeme wurden theoretisch für die Entstehung in verschiedenen astrophysikalischen Umgebungen entwickelt, um zu beweisen, dass sie existieren, und um abzuschätzen, wie häufig sie vorkommen, werden wir über die Umgebungen Auskunft geben, in denen sie entstehen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass am 25. und 26. April zwei neue Reihen von Gravitationswellenbeobachtungen mit dem Interferometerpaar des Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatoriums (LIGO) in Livingston, Louisiana, und Hanford, Washington, durchgeführt wurden als Virgo-Interferometer mit Sitz in Italien. Während die ersten Signale von einem Paar Neutronensternen (ultradichte Körper aus dicht gepackten Neutronen, die durch den Zusammenbruch massereicher Sterne nach einer Supernova entstanden sind) stammen, scheinen die letzteren von einem seltenen Stern zu stammen Fusion von Schwarzen Löchern und Neutronensternen.

Diese neuesten Erkennungen wurden unmittelbar nach größeren Upgrades der LIGO- und Virgo-Observatorien durchgeführt. Die Leistung ihrer Laser wurde verdoppelt, wodurch der Effekt von "Rauschen" verringert und die Empfindlichkeit der Detektoren um fast 40 Prozent erhöht wurde. "Diese Erkennungen hätten früher durchgeführt werden können, aber die verbesserte Empfindlichkeit ermöglicht es uns, ein genaueres Bild zu erhalten, " sagt Rana Adhikari, ein LIGO-Teammitglied und Professor für Physik an der Caltech. "Wie ein Gespräch in einem ruhigen Raum statt eines geschäftigen Kaffees Geschäft."

Es wird angenommen, dass die Entdeckung von zwei Neutronensternen, die von Wissenschaftlern als S190425z bezeichnet werden, am 25. April etwa 500 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt stattgefunden hat (zwei- bis dreimal weiter als die erste beobachtete Fusion von Neutronensternen). Nur die LIGO-Observatorien Livingston und Virgo haben die Gravitationswellen dieses Ereignisses aufgenommen (Hanfords Observatorium war zu diesem Zeitpunkt offline), und das Fehlen einer vollständigen Erkennung bedeutet, dass wir immer noch nicht sicher sind, woher das Ereignis stammt Ereignis (es fand in einer Wut statt, die ein Viertel des Himmels bedeckt).

In der Zwischenzeit ereignete sich der Neutronen-Schwarzloch-Absturz vom 26. April mit der Bezeichnung S190426c wahrscheinlich in einer Entfernung von 1, 2 Milliarden Lichtjahren. Alle drei Observatorien haben ihr viel schwächeres Signal empfangen, daher haben Wissenschaftler den Ort auf 3 Prozent des Himmels eingegrenzt.

Woher wissen wir, dass dies ein Mashup aus einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch ist und nicht nur Paare beider Typen? Laut Chatziioannou kommt es auf die Masse an. Neutronensterne haben normalerweise eine geringere Masse als Schwarze Löcher, und Schätzungen, die anhand der gemessenen Gravitationswellensignale erstellt wurden, fallen in einen mittleren, goldlöckchenähnlichen Bereich, der nicht zu leicht und nicht zu schwer ist.

Leider ist das alles, was wir über den Ursprung der Signale vom 26. April wirklich wissen. Wir müssen bestätigen, dass sie tatsächlich von einem Neutronenstern stammen, der mit einem Schwarzen Loch kollidiert, bevor wir herausfinden können, wie diese Objekte zuvor ausgesehen haben und wie die resultierende kosmische Chimäre jetzt aussieht. Chatziioannou erklärt, dass sie und ihr Team einige Zeit benötigen, um die Gravitationswellendaten sowie andere Messungen wie Gammastrahlen und Röntgenstrahlen zu sichten. Es wäre auch hilfreich, in den kommenden Monaten weitere derartige Ereignisse zu entdecken, um sicherzustellen, dass es sich nicht um einen Fehlalarm handelt. Derzeit ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um eine Fusion von Neutronenstern und Schwarzem Loch handelt, viermal höher als die Wahrscheinlichkeit, dass es sich lediglich um einen binären Neutronenstern handelt.

An Ideen, wie sich ein solches Ereignis ereignet hat, mangelt es aber keineswegs. Eine Theorie, sagt Shaon Ghosh, Postdoktorand an der University of Wisconsin Milwaukee und Mitglied des LIGO-Teams, ist ein sich gemeinsam entwickelndes System, bei dem zwei massive Sterne ihr Leben in einem binären System verbringen und sich dann entwickeln Bilden Sie einen Neutronenstern und ein Schwarzes Loch. Diese beiden kompakten Objekte senden Gravitationswellen aus, verlieren Energie und Drehimpuls und verringern den Abstand zwischen ihnen und verschmelzen schließlich. Eine andere Theorie beinhaltet das sogenannte dynamische Einfangen, bei dem ein nicht verwandter Neutronenstern und ein Schwarzes Loch versehentlich zu nahe kommen und beginnen miteinander zu interagieren, bis sie schließlich verschmelzen.

Ghosh betont, da Schwarze Löcher eigentlich keine Oberfläche haben, sind ein Neutronenstern und eine Verschmelzung von Schwarzen Löchern nicht wirklich eine Kollision, die in alle Richtungen von Bedeutung sein könnte, sondern vielmehr ein sanftes Zerschlagen der zwei Körper. "Wenn das Ereignis tatsächlich aus einem Zusammenwachsen eines Neutronensterns und eines Schwarzen Lochs herrührt", sagt Ghosh, "dann kann die Schwerkraft des Schwarzen Lochs den Neutronenstern ausreichend deformieren und ihn aufreißen." Bits. Es könnte eine kosmische Umlaufbahn aus Materie bilden, die um den Nullpunkt des Schwarzen Lochs herum hängt.

Wenn wir jedoch eine Bestätigung erhalten, wäre dies eine erstaunliche Entdeckung. Die Bestätigung von Gravitationswellen wurde immer wieder als Beweis für einen Großteil von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie angepriesen, aber viele hofften, dass wir durch die Entdeckung dieser Signale eine ganz neue Welt der Astrophysik erblicken können. Es sieht so aus, als ob dies eines der ersten Beispiele für dieses realisierte Potenzial sein könnte.

"Jedes System, an dem ein Neutronenstern beteiligt ist, enthält Informationen über dichte Materie bei extremer Dichte", sagt Chatziioannou. "Wenn wir also die Gravitationswellendaten untersuchen, können wir möglicherweise Rückschlüsse auf die Eigenschaften der Neutronensternmaterie ziehen." Ghosh fügt hinzu, dass Follow-up-Beobachtungen uns helfen sollten, die störenden physikalischen Effekte zu verstehen, die unter extremen Bedingungen auftreten Schwerkraft durch schwarze Löcher ausgeübt.

Es wird einige Zeit dauern, bis die Teams von LIGO und Virgo mit den Ergebnissen fertig sind und mehr Sinn für sie haben, aber wenn diese ersten Hypothesen zutreffen, stehen wir vor einem großen Paradigmenwechsel in unserem Verständnis von Astrophysik des bekannten Universums.

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