Gravitationswellen wurden erstmals vor zehn Jahren entdeckt, und erst kürzlich haben Wissenschaftler das bisher deutlichste Gravitationswellensignal erfasst und damit Stephen Hawkings berühmte Vorhersage bestätigt. Mit Hilfe verbesserter LIGO- und anderer Detektoren beobachteten Forscher die Kollision zweier Schwarzer Löcher in einer Entfernung von mehr als einer Milliarde Lichtjahren. Die durch dieses kosmische Gewaltereignis erzeugten Wellen in der Raumzeit waren so präzise, ​​dass Wissenschaftler sich selbst als „hörten“, wie das Schwarze Loch wie eine kosmische Glocke vibrierte.

Am 14. September 2015 bestätigten Wissenschaftler erstmals das schwache Gravitationswellensignal der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher in 130 Millionen Lichtjahren Entfernung. Das Signal reiste 1,3 Milliarden Jahre lang durch das Universum, bevor es die Erde erreichte. Gravitationswellen waren eine theoretische Vorhersage, die Einstein vor hundert Jahren machte, aber erst an diesem Tag zeichneten Menschen mit den Doppeldetektoren von LIGO echte Gravitationswellen auf. Im Jahr 2016 wurde bekannt gegeben, dass es den Nobelpreis für Physik 2017 gewonnen hat.

Heute bündeln die LIGO-Observatorien in Hanford und Louisiana in den Vereinigten Staaten ihre Kräfte mit dem italienischen Virgo-Detektor und dem japanischen KAGRA, um das globale Gravitationswellen-Detektionsnetzwerk LVK zu bilden. Bisher hat das Netzwerk mehr als 300 Verschmelzungsereignisse von Schwarzen Löchern und Neutronensternen entdeckt, und allein für den Beobachtungszeitraum 2025 gibt es bis zu 230 mögliche Ereignisse, was eine beeindruckende Leistung darstellt. Diese Fortschritte sind alle auf fortschrittlichere Quantenpräzisionsinstrumente zurückzuführen, die es LIGO und Virgo ermöglichen, räumliche Störungen zu erkennen, die 700 Billionen Mal dünner als ein Haar sind.

Das deutlichste Signal kommt dieses Mal vom Verschmelzungsereignis Schwarzer Löcher GW250114 am 14. Januar 2025. Es ähnelt dem ersten Ereignis GW150914. Beide Schwarzen Löcher haben eine 30- bis 40-fache Masse der Sonne und sind etwa 1,3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Nach zehn Jahren technologischen Fortschritts erscheint das GW250114-Signal jedoch besonders deutlich, nachdem das Instrumentenrauschen stark reduziert wurde.

Dieses Signal liefert den bisher besten Beobachtungsbeweis für die Überprüfung des von Hawking 1971 vorgeschlagenen „Theorems zur Fläche des Schwarzen Lochs“. Dieses Theorem besagt, dass die Gesamtoberfläche eines Schwarzen Lochs niemals abnimmt. Nach der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher sollte sich die Oberfläche aufgrund des Energieverlusts in Form von Gravitationswellen zwar geringfügig vergrößern, die Gesamtfläche muss jedoch wachsen. Diese Studie ergab, dass die anfängliche Gesamtfläche des Schwarzen Lochs etwa 240.000 Quadratkilometer betrug, die sich nach der Verschmelzung auf etwa 400.000 Quadratkilometer erhöhte, was Hawkings Theorie eindeutig bestätigt.

Wenn der Verschmelzungsprozess in die sogenannte „Nachhall“-Phase eintritt, vibriert das neue Schwarze Loch wie eine Glocke, die angeschlagen wird. Zum ersten Mal haben Forscher dieses Stadium eindeutig gemessen. Durch die Analyse unterschiedlicher Frequenzmuster von Gravitationswellen können sie die endgültige Masse und den Spin des Schwarzen Lochs genau berechnen und so die Flächenveränderung berechnen. Weitere Analysen lieferten auch einen äußerst strengen Test des allgemeinen Relativitätsmodells.

Das LVK-Netzwerk hat in den letzten zehn Jahren auch zahlreiche kosmische Verschmelzungsereignisse entdeckt, darunter Kollisionen von Neutronensternen (wie der berühmte Goldausbruch im Jahr 2017), die erste Kollision zwischen einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern, asymmetrische Massenverschmelzungen und die massivste jemals entdeckte Kollision eines Schwarzen Lochs usw., wodurch die Grenzen des menschlichen Verständnisses des Universums ständig aktualisiert werden.

In Zukunft hoffen Wissenschaftler, mithilfe der neuen Generation des europäischen „Einstein-Teleskops“ und des amerikanischen „Cosmic Explorer“ sowie anderer größerer Detektoren die „Echos“ der Menschheit über die Verschmelzung von Schwarzen Löchern im frühen Universum und sogar über den Ursprung des Universums weiter in die Tiefen von Raum und Zeit zu drängen.

„Heute ist das goldene Zeitalter der Gravitationswellenforschung und die globale Zusammenarbeit hat es uns ermöglicht, die Geheimnisse des dunklen Universums zu erforschen.“ Professor Massimo Carpinelli, Leiter des Europäischen Gravitationsobservatoriums, sagte: „Neue größere Detektoren sind bereits in Vorbereitung und wir sind zuversichtlich, die Herausforderungen der Zukunft zu meistern.“

Zusammengestellt von /ScitechDaily