Physiker haben gezeigt, was passiert, wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren

Verschmelzungen von Schwarzen Löchern sind eines der wenigen Ereignisse im Universum, die über genügend Energie verfügen

erzeugen nachweisbare Gravitationswellen.Physiker der Johns Hopkins University haben ein Modell von Gravitationswellen erstellt, die wie Wellen auf einem Teich vom Kollisionspunkt schwarzer Löcher ausgehen und die Raumzeit verzerren.

Simulation einer Kollision eines Schwarzen Lochs. Video: John Hopkins University

Gravitationswellen sind extrem klein.Typischerweise haben Physiker die von Verschmelzungen Schwarzer Löcher emittierten Wellen untersucht, indem sie die allgemeine Relativitätstheorie vereinfachten: Sie haben Versionen der Gleichungen verwendet, die die schwachen und fast unmerklichen, aber wichtigen Gravitationseffekte der Verschmelzung ignorieren.

In einer neuen Studie präsentierten Wissenschaftler eine „frontale“Kollision von Schwarzen Löchern, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Obwohl eine solche Auswirkung äußerst unwahrscheinlich ist, zeigen Simulationen dieser Situation Wellen, die stark genug sind, damit Wissenschaftler Nichtlinearitäten oder Gravitationseffekte erkennen können, die in „vereinfachten“ Simulationen ignoriert werden. 

Die Allgemeine Relativitätstheorie ist nichtlinear, was bedeutet, dass Gravitationswellen selbst auch mehr Gravitationswellen erzeugen werden.

Mark Ho-Yuk Chung, Physiker an der Johns Hopkins University, leitender Forscher

Die Forscher untersuchten auch noch mehrwahrscheinliche Situation: allmähliche Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, die sich gegenseitig umkreisen. In dieser Situation entdeckten Wissenschaftler auch Anzeichen einer nichtlinearen Ausbreitung von Gravitationswellen.  

Künstlerische Darstellung der Verschmelzung von zwei SchwarzenLöcher. Das Verhalten von Gravitationswellen im Anfangsstadium (bei Annäherung) und nach der Verschmelzung lässt sich durch lineare Gleichungen beschreiben, der Verschmelzungsprozess selbst zeigt jedoch nichtlineare Effekte. Bild: Kip Thorne (oben); B. P. Abbott et al. (unten), American Physical Society

Die Ergebnisse zeigen, dass Verschmelzungen von Schwarzen Löchern nicht mit vereinfachten linearen Gleichungen untersucht werden können und dass bestehende Modelle angepasst werden müssen.

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