Gravitationswellen: Neue Methode zur Suche nach Schwarzen Löchern

Vor fast 100 Jahren sagte Albert Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie voraus, dass beschleunigte Massen Wellen im Raum-Zeit-Gefüge erzeugen – sogenannte Gravitationswellen. Diese breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und tragen Informationen über ihre Quellen. 2015 gelang der erste direkte Nachweis mit den LIGO-Detektoren in den USA, die hochfrequente Wellen von Schwarzen Löchern mit einigen Sonnenmassen messen. Für noch schwerere Objekte, wie extrem massereiche Schwarze Löcher mit Millionen Sonnenmassen, braucht es andere Instrumente: Pulsar Timing Arrays (PTAs).

PTAs nutzen die extrem regelmäßigen Radiosignale von Pulsaren – schnell rotierenden Neutronensternen. Wenn eine Gravitationswelle die Raumzeit zwischen Pulsar und Erde verzerrt, kommen die Pulse minimal früher oder später an. Aus diesen Abweichungen lassen sich Gravitationswellen im Nanohertzbereich nachweisen. Das European Pulsar Timing Array (EPTA) beobachtet seit über 20 Jahren rund 100 Pulsare mit Radioteleskopen wie dem 100-Meter-Teleskop in Effelsberg. 2023 berichteten fünf PTA-Kollaborationen aus Nordamerika, Australien, China, Indien und Europa über Hinweise auf einen stochastischen Gravitationswellenhintergrund – ein Rauschen aus allen Himmelsrichtungen, das vermutlich von der gesamten Population von Millionen Paaren extrem massereicher Schwarzer Löcher stammt.

Bislang wurde jedoch kein einzelnes Paar direkt nachgewiesen. Eine neue Studie von Chiara Mingarelli von der Yale University und ihrem Team von NANOGrav schlägt eine gezielte Suchstrategie vor. Statt den gesamten Himmel blind abzusuchen, nutzen sie vorab bekannte Positionen von Kandidaten aus elektromagnetischen Beobachtungen. Diese Methode könnte die Suche beschleunigen und erstmals die einzigartigen Eigenschaften eines einzelnen Doppel-Schwarzen-Loch-Systems enthüllen. Der Nachweis wäre ein bedeutender Meilenstein für die Gravitationswellenforschung.