Wissenschaftler entdecken erstmals ‚Fingerabdrücke‘ des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs

Wissenschaftler haben erstmals den direkten Abdruck des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs in Gravitationswellendaten nachgewiesen und dabei Informationen aus einer Region extrahiert, die näher am „Point of no Return“ liegt als bei jeder bisherigen Beobachtung. Die am Mittwoch in Nature veröffentlichten Ergebnisse eröffnen einen neuen Beobachtungskanal zur Untersuchung der extremsten Umgebung im Universum, wie die Forscher beschreiben.yahoo+1

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Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern der Australian National University und des California Institute of Technology analysierte GW250114, das lauteste jemals aufgezeichnete Gravitationswellensignal, das durch die Kollision zweier Schwarzer Löcher mit jeweils etwa der 32-fachen Sonnenmasse entstand. Das Signal wurde am 14. Januar 2025 von LIGO detektiert.arxiv+2

Durch die Anwendung einer Technik namens rationaler Filterung zur Entfernung der gut verstandenen „Ringdown“-Oszillationen, die auf eine Verschmelzung folgen, isolierte das Team eine zuvor vorhergesagte, aber noch nie beobachtete Komponente, die als „direkte Welle“ bekannt ist. Dieses Signal repräsentiert die letzte Gravitationsstrahlung, die von der einfallenden Materie ausgesandt wird, kurz bevor sie durch den Horizont des neu entstandenen Schwarzen Lochs zum Schweigen gebracht wird.inspirehep+1

Die direkte Welle wurde mit einem Signal-Rausch-Verhältnis von 14 in einem LIGO-Detektor und 13,5 im anderen detektiert, was den Schwellenwert für eine statistisch robuste Detektion bei weitem übersteigt.arxiv

Einstein erneut bestätigt

Die gemessenen Eigenschaften der direkten Welle stimmten mit erstaunlicher Präzision mit theoretischen Vorhersagen überein. Das Signal oszillierte mit einer Frequenz, die an die Rotationsrate des Horizonts gebunden ist, eine Folge des Frame-Dragging – dem Phänomen, bei dem ein rotierendes Schwarzes Loch die umgebende Raumzeit verdreht und alle Materie in der Nähe zum Mitrotieren zwingt. Seine Abklingrate spiegelte die Oberflächengravitation des Horizonts wider, die bestimmt, wie die gravitative Rotverschiebung entweichende Signale abschwächt.nature+1

Zusammen sind diese beiden Größen – die Rotationsfrequenz und die Oberflächengravitation – die grundlegenden thermodynamischen Eigenschaften eines Horizonts eines Schwarzen Lochs, die in dem erscheinen, was Physiker als den ersten Hauptsatz der Thermodynamik Schwarzer Löcher bezeichnen.arxiv

Ein Fenster zur Quantengravitation

Die Forscher beschrieben direkte Wellen als einen komplementären Kanal zur traditionellen Spektroskopie Schwarzer Löcher, die die Region des „Lichtrings“ weiter entfernt vom Horizont untersucht. Im Gegensatz dazu tragen direkte Wellen Informationen aus dem Inneren der Ergosphäre selbst, der Region, in der das Frame-Dragging am stärksten ist.arxiv

Das Team merkte an, dass mit zunehmender Empfindlichkeit von Gravitationswellendetektoren zukünftige Beobachtungen Quantenfluktuationen in der Nähe des Horizonts enthüllen könnten, was möglicherweise Physik jenseits der allgemeinen Relativitätstheorie aufdeckt. „Diese neue Perspektive eröffnet aufregende Wege, die allgemeine Relativitätstheorie im extremsten Bereich zu testen und die Natur exotischer kompakter Objekte zu erforschen“, heißt es in der Arbeit.arxiv