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Verschmelzungen von Schwarzen Löchern sind großartig und gehören zu den heftigsten Ereignissen im Kosmos. So funktioniert der Prozess.
Die Geschichte beginnt mit zwei Schwarze Löcher weit voneinander entfernt in langen, trägen Kreisen umkreisen. Sie könnten als Doppelsternpaar entstanden sein oder sich einfach zufällig in den Tiefen des Weltraums getroffen haben. interstellarer Raum. Wie dem auch sei, um zu verschmelzen, müssen sie näher zusammenrücken, was bedeutet, dass viel Orbitalenergie verloren geht.
Der erste Schritt zum Diebstahl von Energie aus dem System besteht in der Interaktion von Schwarzen Löchern mit ihrer Umgebung. Sie sind nicht allein: Ständig schweben feine Gas- und Staubfetzen umher, manchmal sogar größere Objekte, wie Planeten oder Planeten. Sterne. Alle diese Objekte interagieren durch Schwerkraft mit dem Schwarzen Loch. Manchmal fallen sie und werden nie wieder gesehen. In anderen Fällen verfehlen sie ihr Ziel nur knapp, was ihre Geschwindigkeit leicht erhöht und einen Teil der Umlaufenergie des Schwarzen Lochs aufzehrt.
Sobald die Schwarzen Löcher nahe genug kommen, beginnt ein anderer Prozess. Schwarze Löcher bewegen sich Raum–Zeit als sie umeinander kreisen und diese Aufregung nachlässt Gravitationswellen die von dem Paar ausgehen wie Wellen in einem Teich. Gravitationswellen sind jedoch unglaublich schwach und beginnen erst dann ernsthaft Energie zu verbrauchen, wenn Schwarze Löcher sehr, sehr nahe beieinander sind.
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Dies führte Astrophysiker zu einem Rätsel namens „Letztes Parsec-Problem„Simulationen haben gezeigt, dass Gravitationswechselwirkungen mit der Umgebung Schwarze Löcher etwa eine Distanz näher bringen können. Parsec (ca. 3,26 Lichtjahre) in angemessener Zeit voneinander trennen. Aber in dieser Entfernung gibt es einfach nicht genug Material, um weiterhin Energie zu extrahieren. Andererseits sind Gravitationswellen bei gleicher Entfernung viel zu schwach und würden ein Vielfaches davon benötigen Alter des Universums um die Arbeit zu erledigen.
Das letzte Parsec-Problem ist derzeit ein ungelöstes Rätsel Astrophysik. Doch welcher Mechanismus auch immer zum Einsatz kommt, die Schwarzen Löcher kommen irgendwann so nah heran, dass Gravitationswellen dem System tatsächlich viel Energie entziehen können. Zu diesem Zeitpunkt haben die Schwarzen Löcher nur noch wenige Sekunden Zeit, bevor sie verschmelzen.
Bei diesen geringen Entfernungen beginnen sich Schwarze Löcher zu verzerren. Sie haben nicht wirklich Oberflächen; Ereignishorizonte sind unsichtbare Grenzen, die den Bereich markieren, in dem es kein Entrinnen gibt. Aber die Form von Ereignishorizont hängt nicht nur vom Schwarzen Loch selbst ab, sondern auch von der Geometrie der es umgebenden Raumzeit. Wenn also Schwarze Löcher ihren Todestanz beginnen, verlängern sich die Ereignishorizonte und dehnen sich aufeinander zu.
Wir verstehen, was als nächstes passiert, nur durch komplexe Computersimulationen, die sich ändernde Ereignishorizonte überwachen und verfolgen. In den Millisekunden vor dem Aufprall sendet jedes Schwarze Loch eine dünne Ranke – einen winzigen Tunnel von seinem Ereignishorizont aus – in Richtung seines Begleiters. Diese Ranken treffen aufeinander und verschmelzen und bilden eine Brücke zwischen den beiden Schwarzen Löchern, als wären sie durch eine Nabelschnur verbunden.
Sehr schnell weitet sich die Brücke und die Ereignishorizonte verkleben wie zwei kollidierende Seifenblasen. Im Nu verschmelzen die Schwarzen Löcher zu einem.
Was im Inneren passiert, kann niemand erraten. DER Zentrum eines Schwarzen Lochs ist als Singularität bekannt, ein Punkt unendlicher Dichte. Hier bricht unser derzeitiges Verständnis der Physik zusammen. Simulationen zeigen, dass Singularitäten sich schnell finden, kurz umkreisen und dann verschmelzen – doch was tatsächlich passiert, ist unklar.
Seltsamerweise hat das neu verschmolzene Schwarze Loch eine geringere Masse als die kombinierten Massen des ursprünglichen Paares. Zum Beispiel im Jahr 2016 LIGO Wissenschaftliche Zusammenarbeit entdeckte das erste Gravitationswellenereignis Er entdeckte, dass ein Schwarzes Loch mit 36 Sonnenmassen mit einem Schwarzen Loch mit 30 Sonnenmassen verschmolzen war und ein neues Loch mit nur 63 Sonnenmassen entstanden war.
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Was ist mit den drei zusätzlichen Sonnenmassen passiert? Diese Masse wurde in Energie in Form von Gravitationswellen umgewandelt. Irgendjemand musste für den gesamten Energieverlust aufkommen, und dieser entstand durch die Umwandlung der Masse des Schwarzen Lochs selbst. Bei jeder Verschmelzung Schwarzer Löcher werden etwa 5 % in Gravitationswellen umgewandelt.
Perspektivisch ist das so, als würde man drei ganze Sonnen in reine Energie umwandeln. Wenn Schwarze Löcher kollidieren, setzen sie mehr Energie frei als jeder Stern im Universum – und das alles in völliger Stille und Dunkelheit.