Zu schwer für einen Neutronenstern, zu leicht für ein Schwarzes Loch

Manchmal (?) bringen neue Forschungsinstrumente wie die Gravitationswellen-Detektor-Kollaboration Ligo-Virgo nicht nur lang erwartete Antworten auf alte Fragen, sondern schaffen auch ganz neue Fragen. GW190412 heißt das neueste Rätsel, vor dem die Physiker jetzt dank Ligo-Virgo stehen. Es handelt sich um einen Gravitationswellen-Ausbruch, der die Erde am 14. August 2019 erreichte. Aus den gemessenen Daten haben die Forscher ermittelt, dass dabei ein relativ leichtes und ein deutlich schwereres Objekt miteinander zu einem nun 25 Sonnenmassen schweren Schwarzen Loch verschmolzen sein müssen.

Über die Natur des mit 23 Sonnenmassen weitaus schwereren Ausgangsobjekts bestehen keine Zweifel – es handelt sich um ein Schwarzes Loch. Aber das kleinere Objekt ist mit 2,6 Sonnenmassen zu schwer, um ein Neutronenstern zu sein, aber gleichzeitig zu leicht für ein Schwarzes Loch. Das Ende eines Sterns entscheidet sich nämlich nach seiner Ausgangsmasse. Bei seiner Explosion bleibt entweder ein Neutronenstern von maximal 2,5 Sonnenmassen (eher darunter, Tolman-Oppenheimer-Volkoff-Grenze genannt) oder aber ein Schwarzes Loch zurück, das deutlich schwerer ist. Das bisher leichteste bekannte stellare Schwarze Loch wiegt 5 Sonnenmassen. In der doch recht großen Lücke scheint es keine Objekte zu geben.

Worum könnte es sich dann handeln? Die beteiligten Forscher spekulieren nicht. Sie rechnen damit, dann eben das bisher leichteste Schwarze Loch oder den bis dato schwersten Neutronenstern beobachtet haben. Solche Objekte können grundsätzlich auch auf anderen Wegen entstehen bzw. wachsen. Es wäre auch möglich, dass die Messgenauigkeit einfach nicht groß genug ist – das Gewicht des leichteren Objekts lag nur zu 90 Prozent zwischen 2,50 und 2,67 Sonnenmassen. Um ein leichtes Schwarzes Loch handelte es sich aber wohl nicht. In diesem Fall hätten die Forscher auch einen Lichtausbruch erwartet, der jedoch auslieb.

Aber vielleicht war auch ein exotischeres Objekt an dem Zwischenfall in 800 Millionen Lichtjahren Entfernung von der Erde beteiligt, etwa ein Gravastern oder ein Quarkstern? Nachprüfen lässt sich das nun nicht mehr, denn beide Ausgangsobjekte existieren nicht mehr. Die Forscher haben aber berechnet, dass sich solche Binärobjekte aus einer leichten und einer schweren Komponente überraschend häufig bilden müssten. Also gibt es ja bald wieder eine neue Chance, mehr über sie herauszufinden.

Wie sich die Massen der Stern-Überreste verteilen (Bild: LIGO-Virgo/ Frank Elavsky & Aaron Geller (Northwestern))
Das Ereignis vom August 2019 (Bild: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC))

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