Studie: Größte Schwarze Löcher könnten durch Kollisionen entstanden sein

Die größten bislang im Weltraum entdeckten Schwarzen Löcher könnten laut Astronomen anders entstanden sein als bisher angenommen. Neue Forschungen, die Gravitationswellen untersucht haben, welche durch Veränderungen im Raum-Zeit-Kontinuum entstehen, deuten darauf hin, dass diese Objekte durch einen Zyklus von Kollisionen innerhalb dichter Sternhaufen gebildet werden.

Die Studie, die in Astronomy der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde, basiert auf Daten von 153 Verschmelzungen, die von den Observatorien LIGO, Virgo und KAGRA beobachtet wurden.

Zwei Populationen, zwei Entstehungsgeschichten

In der Studie nutzten die Forscher Daten aus dem Gravitational-Wave Transient Catalogue (GWTC-4) der LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration, um herauszufinden, ob die größten Schwarzen Löcher durch aufeinanderfolgende Verschmelzungen innerhalb dichter Sternhaufen entstehen und nicht durch den Kollaps massereicher Sterne.

Die Ergebnisse zeigten deutlich zwei unterschiedliche Populationen.

Weniger massereiche Schwarze Löcher weisen langsame und ausgerichtete Rotationen auf. Dies gilt als typisches Merkmal des Kernkollapses massereicher Sterne.

Dagegen zeigen massereichere Schwarze Löcher schnelle und zufällige Rotationsausrichtungen.

Die verbotene Zone

Ein wichtiger Grund dafür ist die sogenannte Pair-Instability-Mass-Gap, auch als „Massendesert“ bezeichnet.

Diese „verbotene Zone“ liegt zwischen etwa 50- und 130-facher Sonnenmasse. Sie entsteht dadurch, dass einige extrem massereiche Sterne beim Sterben kein Schwarzes Loch bilden, sondern heftig explodieren, weil ihre thermonuklearen Explosionen außer Kontrolle geraten.

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Massengrenze dieser Lücke bei ungefähr 45 Sonnenmassen liegt. Die Rotationseigenschaften von Schwarzen Löchern mit höherer Masse stimmen dabei mit hierarchischen Verschmelzungen überein.

Das bedeutet, dass die größten bislang entdeckten Schwarzen Löcher offenbar aus den Überresten kleinerer Schwarzer Löcher entstanden sind.