16.01.2020 • Astrophysik

Kollidierende Neutronensterne

Gravitationswellen durch Verschmelzung eines massereichen binären Sternsystems ausgelöst.

Wenn zwei Neutronensterne miteinander kollidieren, dann bebt das All: Ihre Verschmel­zung erzeugt Gravitations­wellen, die sich in alle Richtungen im Kosmos aus­breiten und – irgend­wann auch auf der Erde messbar sind. So geschehen im April des vergangenen Jahres, als die Gravitations­wellen­detektoren Virgo in Italien und LIGO in den USA das Gravitations­wellen­signal GW190425 auf­zeichneten. Jetzt wurde dieses Signal von einer inter­natio­nalen Forschungs­koope­ration analysiert. Demnach ist GW190425 ein Gravitations­wellen­signal, das bei der Verschmelzung eines sehr masse­reichen binären Stern­systems entstanden sein muss. Bei der Kollision im All, die rund 500 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt statt­ge­funden hat, sind zwei Sterne mit einer Gesamt­masse des 3,4-Fachen der Masse unserer Sonne ineinander gestürzt.

Abb.: Der Ursprung des Gravitationswellensignals GW190425 liegt vermutlich in...
Abb.: Der Ursprung des Gravitationswellensignals GW190425 liegt vermutlich in der Verschmelzung zweier Neutronensterne (künstlerische Darstellung; Bild: NSF / LIGO / Sonoma State U. / A. Simonne).

Welcher Art die beiden kollidierenden Sterne waren, dafür gibt es verschiedene Erklärungen. So könnte GW190425 durch die Verschmelzung zweier Neutronen­sterne entstanden sein. Diese Erklärung nehmen die Forscher als die wahr­schein­lichste an, obwohl weitere Beweise dafür, wie elektro­magne­tische Signale, Neutrinos oder geladene Teilchen bislang nicht gefunden wurden. Allein auf Basis der Gravitation­swellen-Daten wollen die Forscher deshalb nicht aus­schließen, dass ein schwarzes Loch an der Fusion beteiligt gewesen war.

„Wenn wir davon ausgehen, dass ein binäres Neutronen­stern­system für das Signal verant­wort­lich ist, wäre die berechnete Masse in Höhe von 3,4 Sonnen­massen ein außer­gewöhn­licher Wert“, sagt Sebastiano Bernuzzi von der Uni Jena, der an der Analyse beteiligt war. Die Masse ähnlicher Systeme liegt üblicher­weise weiter darunter, im Bereich zwischen 2,5 und 2,9 Sonnen­massen. „GW190425 wäre der Beweis, dass diese Stern­systeme viel­fältiger sind und möglicher­weise auch auf andere Weise entstehen können als erwartet.“

Die aus dem Gravitations­wellen­signal gewonnenen Informa­tionen könnten den Forschern zudem dabei helfen, die rätsel­haften Vorgänge im Innern von Neutronen­sternen besser zu verstehen. Über Neutronen­sterne ist bekannt, dass sie sich bilden, wenn besonders masse­reiche Sterne am Ende ihrer Lebens­zeit in sich zusammen­fallen. Die extremen Bedingungen im Inneren von Neutronen­sternen lassen sich in Experi­menten auf der Erde nicht einfach nach­bilden. Auch deshalb will Bernuzzi mit seinem Team die Forschung an GW190425 fort­setzen. Schon jetzt weiß der Forscher, was unmittel­bar nach der Fusion passierte, die das Gravitations­wellen­signal auslöste: „Unseren Computer­simula­tionen zufolge, die auf Einsteins Allge­meiner Relati­vitäts­theorie basieren, hat sich mit sehr hoher Wahr­schein­lich­keit ein schwarzes Loch gebildet.“

FSUI / RK

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