Neue Methode: Schwarze Löcher als kosmische Teleskope

Wenn Galaxien kollidieren und verschmelzen, treffen ihre zentralen Schwarzen Löcher aufeinander. Diese supermassereichen Objekte – Millionen bis Milliarden Mal schwerer als unsere Sonne – können sich zu Paaren verbinden, die umeinander kreisen. Bislang war es extrem schwierig, solche eng umlaufenden Doppel-Schwarzen Löcher nachzuweisen. Ein Team der Universität Oxford und des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik hat nun einen neuen Weg vorgeschlagen: die Suche nach wiederholten Lichtblitzen von Sternen, die hinter dem Schwarzen-Loch-Paar liegen.

Der Trick ist die Gravitationslinse: Schwarze Löcher krümmen durch ihre enorme Masse das Licht von Objekten hinter ihnen, ähnlich wie eine Linse. Ein einzelnes Schwarzes Loch kann einen Stern kurz aufhellen, wenn die Ausrichtung perfekt ist. Bei einem Doppel-Schwarzen-Loch entsteht jedoch eine rautenförmige Zone – eine sogenannte Kaustik – in der die Verstärkung besonders stark ist. Da sich die beiden Schwarzen Löcher umeinander bewegen und dabei Gravitationswellen aussenden, verändert sich diese Zone ständig. Ein Stern, der in diesen Bereich gerät, wird immer wieder hell aufleuchten, jedes Mal, wenn die Kaustik über ihn hinwegstreicht.

Diese wiederholten Blitze sind kein Zufall: Sie folgen einem vorhersagbaren Muster, das sich mit der Zeit verändert, weil die Schwarzen Löcher durch die Abstrahlung von Gravitationswellen immer enger zusammenrücken. Aus der Helligkeit und dem zeitlichen Abstand der Blitze können Astronomen die Massen der Schwarzen Löcher und die Details ihrer Umlaufbahn ableiten. Die Methode ist so präzise, dass sie als eine Art kosmisches Teleskop fungiert – die Schwarzen Löcher selbst werden zu Instrumenten, die uns weit entfernte Sterne zeigen.

Die gute Nachricht: Wir müssen nicht auf zukünftige Gravitationswellen-Observatorien warten. Schon heute können Teleskope wie das Vera-C.-Rubin-Observatorium oder das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop nach diesen charakteristischen Blitzen suchen. „Die Aussicht, verschmelzende supermassereiche Schwarze-Loch-Paare Jahre vor den Gravitationswellendetektoren zu entdecken, ist extrem aufregend“, sagt Professor Bence Kocsis von der Universität Oxford. „Es eröffnet völlig neue Wege, die Schwerkraft und die Physik Schwarzer Löcher zu testen.“ Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.