Schwarze Löcher, die durch Milliarden Jahre alte Gravitationswellen entdeckt wurden

Laut Studien, die am 29. Juni 2023 in mehreren wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht wurden, scheint ein internationales Forschungsprogramm einen Weg gefunden zu haben, in völliger Dunkelheit zu den Ursprüngen des Universums zurückzukehren.

Wie können wir astrophysikalische Phänomene beobachten, wenn wir absolut nichts sehen? Dies ist ein Problem, mit dem Astrophysiker seit Jahrzehnten konfrontiert sind : Die Beobachtung des Universums hängt unbedingt vom Empfang elektromagnetischer Wellen, insbesondere Licht-, Infrarot- oder Radiowellen, auf der Erde ab.

Ist es daher möglich, Schwarze Löcher zu beobachten, diese Himmelsobjekte, die so schwer und dicht sind, dass selbst Licht ihrer Anziehungskraft nicht entkommen kann? Laut einer am 29. Juni 2023 in mehreren wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlichten Studie scheint ein internationales Forschungsprogramm eine positive Antwort auf diese Frage geliefert zu haben.

Wissenschaftler – Europäer, Amerikaner, Chinesen, Japaner, Inder, Südafrikaner und Australier – haben so etwas entdeckt, das Gravitationswellen sehr ähnlich ist.niedrige Frequenz“. Von diesen Forschern arbeiten etwa zehn in Frankreich. Insbesondere im LPC2E, dem physikalischen und chemischen Labor für Umwelt und Weltraum (Partnerschaft zwischen dem CNRS, dem CNES und der Universität Orléans) und am Radioteleskop Nançay in Berrys Sologne.

Gravitationswellen wurden erstmals 2016 entdeckt und beweisen eine Vorhersage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Letzteres erklärt, dass Himmelsobjekte abhängig von ihrer Masse die Raumzeit verzerren. Wenn diese Massen (z. B. schwarze Löcher) erhebliche Beschleunigungen erfahren, breitet sich die Verformung der Raumzeit wie eine Welle auf der Wasseroberfläche aus, jedoch mit Lichtgeschwindigkeit (etwa 300). 000 km pro Sekunde).

Bei den 2016 entdeckten Wellen handelte es sich nur um ein äußerst kurzes Signal, das Ergebnis der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher. Dieses Mal ist das Signal zeitlich viel stärker gedehnt. Hier liegt die Revolution. Denn die Untersuchung der Länge dieses Signals kann „um seine Quelle zu charakterisieren„, erklärt Gilles Theureau, Astronom am Observatorium Paris/Nançay, in Cher. Zum Beispiel zu wissen: „Wenn es sich um eine Gruppe von Schwarzen Löchern handelt, deren Größe und Position im Raum“. Oder sogar “Ereignisse vom Uruniversum unterscheiden“.

Denn solche Wellen könnten über enorme Entfernungen ausgesendet worden sein und möglicherweise Milliarden von Jahren zurückgelegt haben, bevor sie die Erde erreichten, selbst wenn sie sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegten. Da das Universum 13,8 Milliarden Jahre alt ist, stellt die Beobachtung von Phänomenen, wie sie bereits vor 5 Milliarden Jahren stattfanden, einen mehr als bedeutenden Sprung in die Vergangenheit dar. Zu einer Zeit, als Galaxien zahlreicher und kleiner waren.

Wissenschaftler schätzen daher, dass das im Jahr 2023 entdeckte Gravitationssignal „ist kompatibel mit einem Signal von zwei supermassiven Schwarzen Löchern, die jeweils mehr als eine Milliarde Sonnenmassen haben“, fügt Gilles Theureau hinzu. Indem diese beiden Schwarzen Löcher einander umkreisen, senden sie dieses Signal aus. Solche Schwarzen Löcher werden im Allgemeinen im Zentrum von Galaxien wie unserer Milchstraße beobachtet. SO “Die Beobachtung binärer Schwarzer Löcher innerhalb einer Galaxie bedeutet, dass sie an einem Punkt mit einem anderen verschmolzen“, fasst Ismaël Cognard, Forschungsdirektor am CNRS in Orléans, zusammen.

Mit anderen Worten bedeutet diese Entdeckung, dass Wissenschaftler nun über eine neue Möglichkeit zur Beobachtung des Universums verfügen, die es uns ermöglichen könnte, weiter in die Vergangenheit zu reisen als jedes optische oder Radioteleskop. “Wir sprechen über die Untersuchung der Entstehung von Galaxien über Milliarden von Jahren“, fügt Ismaël Cognard hinzu. Sogar Beobachtungen von “Anfänge des Universums, es ist fast Kosmologie“.

Die Rolle des Nançay-Radioteleskops war bei dieser Entdeckung von entscheidender Bedeutung. Um Raumzeitdeformationen zu erkennen, haben sich Wissenschaftler auf die Beobachtung von Pulsaren verlassen. Bei letzteren handelt es sich um Rückstände, die Überreste eines sehr massereichen Sterns, der, wenn er keinen Wasserstoff mehr hat, um weiter zu leuchten, in einer Supernova explodiert und einen Teil seiner Masse in den Weltraum schleudert. Sein Herz verdichtet sich zu einer ultradichten Neutronenaufschlämmung. Wir reden“ein- bis zweifache Masse der Sonne bei etwa dreißig Kilometern Durchmesser“, beschreibt Gilles Theureau.

Manchmal rotieren diese Neutronensterne so schnell, dass sie an ihren Polen sehr starke Radiowellenstrahlen aussenden. “Während sich der Stern dreht, gleicht er einem Leuchtturm am Meer.„Dieses Signal ist normalerweise äußerst zuverlässig. Durch die Untersuchung der Interferenzen in diesem Signal konnten die Nançay-Wissenschaftler feststellen, dass die Raumzeit auf dem Weg verzerrt worden war.

Die Schlussfolgerungen des wissenschaftlichen Programms bedürfen noch einer Bestätigung und zusätzlichen Beobachtungen. Ismaël Cognard vom CNRS in Orléans erklärt: „Es braucht Zeit, sich mit allem auseinanderzusetzen, weil die Signale sehr schwach sind“. Wie auch immer, jetzt können Astrophysiker in völliger Dunkelheit sehen.

Kommentare gesammelt von Xavier Naizet und Charly Krief.

Der Artikel wurde ursprünglich am 14.07.2023 veröffentlicht