Am 14. Januar 2025 registrierten Wissenschaftler das bisher stärkste Gravitationswellensignal, das je aufgezeichnet wurde. Dieses kosmische Ereignis, bekannt als GW250114, entstand durch die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher, die jeweils etwa die 30-fache Masse unserer Sonne hatten und vor 1,3 Milliarden Jahren kollidierten. Die Intensität der Wellen war dreimal stärker als beim ersten Nachweis im Jahr 2015 und ermöglichte es Forschern, zwei zentrale Vorhersagen der Physik zu bestätigen: Albert Einsteins Theorie der Einfachheit Schwarzer Löcher und Stephen Hawkings Flächengesetz.
Die Veröffentlichung der Ergebnisse in Physical Review Letters markiert den Beginn einer neuen Ära in der Gravitationswellenastronomie, die präzise Tests fundamentaler physikalischer Gesetze erlaubt. Dank erheblicher Verbesserungen in der Empfindlichkeit des Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatoriums (LIGO) erreichte das Signal GW250114 ein Signal-Rausch-Verhältnis von 80, was dem 4-fachen des historischen Signals von 2015 entspricht. Diese Klarheit erlaubte eine detaillierte Analyse der „Ringdown“-Phase, in der das neu entstandene Schwarze Loch wie eine schwingende Glocke klingt. Erstmals konnten zwei unterschiedliche Schwingungstöne identifiziert werden, was mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie übereinstimmt und zeigt, dass Schwarze Löcher den gleichen physikalischen Gesetzen folgen wie auf der Erde beobachtet wird.
Darüber hinaus wurde Hawkings Flächengesetz bestätigt, welches besagt, dass die Fläche des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs niemals abnehmen kann. Durch die Messung der Oberflächen der ursprünglichen Schwarzen Löcher und den Vergleich mit dem verschmolzenen Objekt wurde nachgewiesen, dass die Fläche des resultierenden Schwarzen Lochs größer war als die Summe seiner Teile, wie Hawking 1971 vorhersagte. Die Daten lieferten den bisher besten beobachtungsbasierten Beweis für dieses Theorem, mit einer Genauigkeit von 99,9 Prozent bei der Bestimmung der Flächen der beteiligten Schwarzen Löcher.
Die Forscher der LIGO-Virgo-KAGRA-Kollaboration, zu der über 1.600 Wissenschaftler aus aller Welt gehören, konnten die Obertöne analysieren, die das Nachklingen des Schwarzen Lochs nach der Verschmelzung charakterisieren. Diese Entdeckung unterstützt auch Roy Kerrs mathematische Beschreibung rotierender Schwarzer Löcher, die besagt, dass diese vollständig durch Masse und Drehimpuls beschrieben werden können. Die fortlaufenden Verbesserungen der Detektoren, einschließlich der geplanten LIGO-India, werden die Fähigkeit zur Erfassung kosmischer Ereignisse weiter steigern.
Zukünftige Observatorien wie das Einstein-Teleskop und Cosmic Explorer könnten Verschmelzungen bereits Minuten vor ihrem Eintreten erkennen und Teleskope ermöglichen, begleitende Lichtspektakel zu erfassen. Aamir Ali von der National Science Foundation betonte, dass es ein ganzes Universum zu erkunden gibt, und diese jüngsten Entdeckungen zeigen, dass LIGO gerade erst anfängt. GW250114 demonstriert, wie menschliche Neugier und technologische Innovation die tiefsten Geheimnisse des Kosmos entschlüsseln können, wobei zukünftige Fortschritte eine beispiellose Detailgenauigkeit bei Schwarzen Löchern und Neutronensternen versprechen.