Wie Schwarze Löcher verschmelzen

Computersimulationen zeigen erstmals, wie sich die Materiestrahlen supermassiver Schwarzer Löcher vereinigen

Schwarzes Loch
Schwarzes Loch

Toronto (Kanada)/Baton Rouge (USA) - Wenn Schwarze Löcher miteinander verschmelzen, vereinigen sich auch die von ihnen ausgehenden Materiestrahlen. Dabei kommt es zu einem über Milliarden von Lichtjahren messbaren Ausbruch elektromagnetischer Strahlung. Das zeigen Computersimulationen, die ein Forschertrio aus Kanada und den USA in der aktuellen Ausgabe des Fachblatts "Science" präsentieren. Die gleichzeitige Messung dieses typischen elektromagnetischen Strahlungsausbruchs und von Gravitationswellen könnte sich, so die Forscher, als wertvolles astrophysikalisches Werkzeug für die Untersuchung der Dunklen Energie oder für die Suche nach Abweichungen von der Allgemeinen Relativitätstheorie erweisen.

In der kosmischen Entwicklungsgeschichte spielen Zusammenstöße und Verschmelzungen von Galaxien eine wichtige Rolle. Die meisten Galaxien beherbergen in ihren Zentren supermassive Schwarze Löcher mit der millionen- oder gar milliardenfachen Masse der Sonne. Bei einer Galaxien-Verschmelzung nähern sich zwangsläufig auch die zentralen Schwarzen Löcher einander an, bilden schließlich ein Doppelsystem und kollidieren in einer finalen Katastrophe.

Um die Strahlungssignatur dieser Vorgänge vorhersagen zu können, ist ein genaues Verständnis der physikalischen Vorgänge bei der Verschmelzung Schwarzer Löcher nötig. In den vergangenen Jahren haben die Forscher dabei große Fortschritte gemacht und etwa die Verschmelzung Schwarzer Löcher in einer materiefreien Umgebung und die damit verbundene Emission von Gravitationswellen simuliert. Carlos Palenzuela vom Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) in Toronto, Luis Lehner von der Louisiana State University in Baton Rouge und Steven Liebling von der Long Island University in Brookville gelang es jetzt erstmals, Magnetfelder und damit auch die für Schwarze Löcher charakteristischen Materiestrahlen in ihre Simulationen einzubeziehen.

Die Computersimulation der drei Forscher zeigt, dass sich im Verlauf der Verschmelzung bereits bei nichtrotierenden Schwarzen Löchern Materiestrahlen herausbilden. Im Gegensatz zu einzelnen Schwarzen Löchern werden diese "Jets" bei einem doppelten Schwarzen Loch nicht durch die Rotationsenergie, sondern durch die kinetische Energie der Umlaufbewegung angetrieben. Im weiteren Verlauf vereinigen sich dann auch die Materiestrahlen und es bildet sich ein "klassisches" rotierendes Schwarzes Loch mit Jets an beiden Polen. Neben Gravitationswellen wird dabei auch ein weithin messbarer Schauer elektromagnetischer Strahlung freigesetzt.