Schwarze Löcher

Monströse Kollision im Computer

Es ist ein kosmisches Spektakel der Extraklasse: die Kollision von Schwarzen Löchern. Eine Simulation hat jetzt gezeigt, was passiert, wenn drei der Monstren verschmelzen. Im Computer spielten sich die letzten, furiosen Stunden des kosmischen Trios ab.

Rochester - Millionen Jahre lang umkreisen sich die Partner in aller Ruhe, doch die letzten Stunden sind unvorstellbar turbulent. Immer schneller rotieren die drei Schwarzen Löcher umeinander; Kräfte jenseits aller Vorstellungskraft wirken dabei auf sie ein. Schließlich vereinigt sich das kosmische Trio in einem furiosen Finale - und wird zu einem einzigen Schwarzen Loch. Beobachten lässt sich das mörderische Spektakel allerdings nicht - noch nicht.

Ein Team um Manuela Campanelli vom Rochester Institute of Technology im US-Bundesstaat New York hat solch eine Mega-Kollision deswegen im Computer simuliert und seine Ergebnisse im Fachmagazin "Physical Review D" veröffentlicht. Vor rund drei Jahren hatten die Forscher bereits zwei schwarze Löcher im Computer aufeinander treffen lassen, nun haben sie mit drei Exemplaren gearbeitet. Dabei bauten sie einige Vereinfachungen in ihr Modell ein - etwa dass alle drei Schwarzen Löcher gleich schwer sind und sich nicht drehen. Sonst wären die Kalkulationen zu kompliziert geworden, denn bereits mit den Vereinfachungen war die Aufgabe höchst mühsam: Der Rechnercluster "newHorizons" mit insgesamt 36 Terabyte Speicherplatz musste sich mit den Gleichungen abmühen.

Die komplizierte Aktion war indes mehr als eine arithmetische Fingerübung. Das liegt an einer Entdeckung, die ein Team um den Astronomen George Djorgovski vom California Institute of Technology in Pasadena unlängst gemacht hat: Die Forscher fanden im Sternsystem QQ 1429 mit großer Wahrscheinlichkeit einen dreifachen Quasar. Das sind Himmelskörper, die auf vergleichsweise kleinem Raum ungeheuer große Mengen an Energie abgeben - und in deren Innerem aller Wahrscheinlichkeit nach ein schwarzes Loch ständig Masse ansaugt.

In dem von Djorgovski und seinen Kollegen beobachteten Gebiet liegen nun also drei massive Schwarze Löcher, jeweils mit vielen Millionen Sonnenmassen, vergleichsweise nah beieinander. Sollten die Ergebnisse stimmen, wäre dies ein Fall, wie ihn Campanelli und ihre Kollegen simuliert haben. Beinahe jedenfalls, sagt Bernard Schutz vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm SPIEGEL ONLINE. "Die beobachteten Objekte sind Hunderttausende Lichtjahre voneinander entfernt. Es wird eine lange Zeit dauern, bis sie zusammenkommen." Es sei auch durchaus möglich, dass sich erst zwei der Schwarzen Löcher vereinigten und das dritte später dazustoße.

Weltweite Fahndung nach Gravitationswellen

Die Kollision wäre ohnehin recht schwierig zu beobachten. Weil Schwarze Löcher die Raumzeit so stark krümmen, ist kein direkter Blick auf ihr Innerstes möglich. "Man könnte eine solche Kollision nur über Gravitationswellen nachweisen", sagt Schutz. Das sind wellenförmige Verwerfungen der Raumzeit, nach denen Forscher weltweit derzeit mit Hochdruck fahnden. Wichtigstes Instrument dazu ist das Observatorium "Ligo" (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), das über zwei Messstationen in den USA verfügt. Die Gerätschaften werden derzeit auf den neuesten Stand gebracht, für einen weiteren Ausbau hat die National Science Foundation in den USA vor wenigen Tagen den Weg frei gemacht. Mehr als 200 Millionen Dollar soll das Projekt kosten, die in drei Jahren starten soll.

Und wenn die aufgebrezelte Variante von "Ligo" wider Erwarten doch keine Gravitationswellen finden sollte, haben die Astronomen noch ein weiteres As im Ärmel: Es ist die Raumsonde "Lisa" (Laser Interferometer Space Antenna), die Amerikaner und Europäer gemeinsam ins All schicken wollen - wenn auch erst um das Jahr 2020.

Max-Planck-Forscher Schutz ist sich sicher, dass die Beobachtung von Gravitationswellen nur eine Frage der Zeit ist. Sollte es schließlich soweit sein, dann würden die aktuellen Berechnungen des Forscherteams um Manuela Campanelli von Nutzen sein. "Wir wissen dadurch, welche Gravitationswellen wir beim Verschmelzen von Schwarzen Löchern erwarten können." Die Ergebnisse bei einer Vereinigung von zwei Exemplaren unterschieden sich deutlich von denen, die für eine Dreierkonstellation berechnet wurden.

"Wir werden mehrmals im Jahr die Vereinigung von zwei Schwarzen Löchern sehen", meint Schutz. Ein Zusammentreffen von dreien der kosmischen Kraftpakete sei jedoch höchst selten zu erwarten: "Das ist eine sehr unwahrscheinliche Sache."

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