Neue Methode zur Entdeckung supermassereicher Schwarzer Löcher

ZÜRICH / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Entdeckung supermassereicher Schwarzer Löcher in den Zentren von Galaxien stellt eine der größten Herausforderungen der modernen Astronomie dar.

Die Entstehung und Entwicklung supermassereicher Schwarzer Löcher in den Zentren von Galaxien ist ein faszinierendes Rätsel der Astronomie. Diese gigantischen Objekte könnten entweder kurz nach dem Urknall mit enormer Masse entstanden sein oder durch das kontinuierliche Ansammeln von Materie und die Verschmelzung mit anderen Schwarzen Löchern gewachsen sein. Die Verschmelzung solcher massereichen Objekte erzeugt Gravitationswellen, die als winzige Erschütterungen in der Raumzeit durch das Universum reisen.

Vor etwa einem Jahrzehnt gelang es Wissenschaftlern erstmals, Gravitationswellen direkt nachzuweisen, was der Astronomie neue Einblicke in das Universum eröffnete. Diese Wellen wurden bisher jedoch nur von relativ kleinen Schwarzen Löchern gemessen, die als Überreste sterbender Sterne gelten. Die Signale von Paaren weitaus massereicherer Schwarzer Löcher bleiben mit der heutigen Technologie unentdeckt, da die Detektoren nicht empfindlich genug sind, um auf die extrem niedrigen Frequenzen dieser Gravitationswellen zu reagieren.

Die Europäische Weltraumorganisation ESA plant mit der Laser Interferometer Space Antenna (LISA) eine Mission, die diese Herausforderung meistern soll. Ein internationales Forschungsteam hat nun eine innovative Methode vorgeschlagen, um Paare der größten Schwarzen Löcher in den Galaxienzentren zu entdecken. Diese Methode nutzt die Analyse von Gravitationswellen kleinerer, nahegelegener Schwarzer Löcher, die als Überreste sterbender Sterne fungieren.

Die neue Beobachtungstechnik erfordert einen Gravitationswellendetektor im Dezihertz-Bereich und könnte das Studium supermassereicher Schwarzer Löcher ermöglichen, die ansonsten unentdeckt bleiben würden. „Unsere Idee funktioniert im Grunde wie das Hören eines Radiosenders“, erklärt Jakob Stegmann, der die Studie als Gaststudent an der Universität Zürich begann. „Wir schlagen vor, das Signal von Paaren kleiner Schwarzer Löcher ähnlich wie Radiowellen zu nutzen. Die supermassereichen Schwarzen Löcher verhalten sich dabei wie die Radiomusik, die in Form einer Frequenzmodulation des empfangenen Signals übertragen wird.“

Aktuelle Beobachtungen deuten auf die Existenz verschmelzender supermassereicher Schwarzer-Loch-Paare hin, doch diese Hinweise sind meist indirekt und resultieren aus dem kollektiven Signal vieler entfernter Paare, die ein Hintergrundrauschen erzeugen. Die vorgeschlagene Methode zur Detektion einzelner supermassereicher Schwarzer-Loch-Paare nutzt die subtilen Veränderungen, die sie in den von einem Paar nahegelegener kleiner Schwarzer Löcher emittierten Gravitationswellen verursachen.

Durch die Erkennung der winzigen Modulationen in den Signalen der kleinen Schwarzen Löcher könnten Wissenschaftler selbst über große Entfernungen hinweg bisher verborgene Paare supermassereicher Schwarzer Löcher mit Massen von 10 Millionen bis 100 Millionen Sonnenmassen identifizieren. „Da der Weg für LISA nun feststeht, nachdem die ESA die Mission bestätigt hat, muss die wissenschaftliche Gemeinschaft die beste Strategie für die nächste Generation von Gravitationswellendetektoren ausloten“, so Lucio Mayer, Theoretiker für Schwarze Löcher an der Universität Zürich.