Gravitationswellen sollten deutlich tiefere Einblicke ermöglichen. Anhand der Form der Wellen können Wissenschaftler minutiös rekonstruieren, was für ein Ereignis sie hervorgebracht hat. In der Tat haben die Theoretiker von LIGO und Virgo die Neutronenstern-Massen in NGC 4993 auf Basis des 100 Sekunden währenden Raumzeitbebens genauer als bisher berechnet: Demnach kollidierten zwei Objekte, die zwischen 1,1- und 1,6-mal so schwer wie unsere Sonne waren.

Aus der Messung lässt sich auch ableiten, dass sich Neutronensterne weniger leicht durch Gezeitenkräfte verformen lassen, als Wissenschaftler angenommen haben. Wer allerdings gehofft hat, dass Physiker mit der ersten Gravitationswellenmessung das Innere der exotischen Materiekugeln entschlüsseln, dürfte ein wenig enttäuscht sein: Zwar konnten die Astrophysiker einige Modelle für den Aufbau der Neutronensterne falsifizieren. Welche "Zustandsgleichung" die Materie im Inneren nun wirklich am besten beschreibt, ist allerdings nach wie vor unklar.

Die Quelle der Gammastrahlenausbrüche

NGC 4993 dürfte eher aus einem anderen Grund Physikgeschichte schreiben: Die Gravitationswellen aus der fernen Galaxie sind ein starkes Argument dafür, dass es in der Tat verschmelzende Neutronensterne sind, die kurze Gammastrahlenausbrüche hervorbringen. Das ist zwar seit Jahren die mit Abstand beliebteste Hypothese unter Astrophysikern. Aus Sicht von Fachleuten fehlte hier aber noch der endgültige Nachweis.

Das Neutronenstern-Duo aus NGC 4993 ist ein entscheidendes Puzzlestück in dieser Frage: 1,7 Sekunden nachdem LIGO und Virgo die Gravitationswellen aufgefangen hatten und deren Ursprung auf einen Himmelsbereich eingrenzten, dessen Fläche dem 130-Fachen des Vollmonds am Nachthimmel entspricht, fing der GRB-Detektor an Bord des Forschungssatelliten FERMI einen Blitz aus ebendieser Region auf.

Materie trifft Antimaterie

Die Verzögerung von knapp zwei Sekunden entspricht dabei den Erwartungen: So lange dauert es Simulationen zufolge, bis sich nach der Verschmelzung der zwei massereichen Kugeln ein Ring aus extrem heißen Sternfetzen gebildet hat. In diesem Kranz aus Neutronensternmaterie entstehen einem verbreiteten Modell zufolge laufend Neutrinos und Antineutrinos, die wegen ihrer geisterhaften Beschaffenheit aus dem Inferno entkommen können. Außerhalb des Rings vernichten sich Materie und Antimaterie binnen weniger Sekundenbruchteile wieder, wobei es zu Myriaden von Strahlungsblitzen kommt – die eigentliche Quelle des Gamma Ray Burst.

NGC 4993 wirft hier allerdings Fragen auf: Der Ausbruch fiel weniger stark aus als frühere, auf den ersten Blick vergleichbare GRBs, sagt Alessandra Buonanno vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik. Das ließe sich dadurch erklären, dass der Hauptteil des entlang eines schmalen Kegels ausgestoßenen Gammalichts knapp an der Erde vorbeiflog. Allerdings sind auch andere Ursachen denkbar. "Es bleiben also noch Rätsel bestehen", sagt Buonanno.

In einem anderen Punkt sind sich die Wissenschaftler sicherer: dass NGC 4993 Aufschluss über die Herkunft sehr schwerer Atomkerne im Kosmos geben kann. So können in Sternen nur Nuklide bis zur Größe von Eisen entstehen. Im All gibt es jedoch auch deutlich massivere Kerne, beispielsweise Gold, Platin oder Uran. Als plausibelster Entstehungsmechanismus gilt der intensive Beschuss mit rasant durchs All sausenden Neutronen (der so genannte r-Prozess). Er kann aber nur in einer extrem heißen und neutronenreichen Umgebung stattfinden, wie sie beispielsweise die Trümmerwolke eines Neutronenstern-Crashs böte.

Wo die schweren Elemente herkommen

Den schlagenden Beweis liefern hier aus Sicht der Forscher die Nachbeobachtungen von NGC 4993 mit einer ganzen Schar von Teleskopen. Einen halben Tag nach dem Gammastrahlenblitz nahmen zahlreiche Forscherteams die Galaxie mit ihren Instrumenten in Augenschein. Sofort fiel den Astronomen ein hell leuchtender Punkt am Rand der elliptischen Galaxie auf, der im Lauf der darauf folgenden Wochen sowohl in sichtbarem Licht, im Infrarot, in Röntgenstrahlen und schließlich sogar im Radiowellenbereich strahlte, was Astronomen in aller Welt mit großem Aufwand dokumentierten.

Laden... © Sarah Wilkinson / LCO, nach Daten aus Arcavi, I. et al.: Optical emission from a kilonova following a gravitational-wave-detected neutron-star merger. In: Nature 551, S. 64-66, 2017 (Ausschnitt) Der Verlauf der Kilonova | Über Wochen hinweg konnten Astronomen in aller Welt die Kilonova in der Galaxie NGC 4993 beobachten. Bereits in den ersten Tagen nahm ihre Helligkeit stark ab und die Farbe des Lichts verschob sich von blau nach rot.

Insgesamt passten die Beobachtungen gut zu dem, was man von einer "Kilonova" erwarten würde: Einer von der ursprünglichen Explosion ins All gefeuerten Hülle aus Sternmaterial, die sich mit einem Fünftel der Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen ausbreitet und noch nach Wochen große Mengen von Strahlung aussendet. In dieser Blase entstehen wegen der extremen Bedingungen an manchen Stellen über den r-Prozess enorme Mengen schwerer, radioaktiver Atomkerne, die bald darauf zerfallen und charakteristische Strahlung aussenden. "Das passt alles wunderbar zusammen", sagt Buonanno.

Ob die Argumentation der Wissenschaftler lückenlos ist, wird sich vermutlich erst in den kommenden Wochen und Monaten zeigen, wenn etliche unbeteiligte Experten die Gelegenheit hatten, die Fachaufsätze zu prüfen. Die Kollegen der beteiligten Himmelsforscher haben einiges zu lesen: In den Magazinen "Nature", "Nature Astronomy", "Physical Review Letters", "Science" und "The Astrophysical Journal Letters" sind Arbeiten zu der Entdeckung erschienen. Insgesamt waren Tausende Forscher an der Beobachtung von NGC 4993 beteiligt.

Manche Frage wird sich derweil erst abschließend beantworten lassen, wenn die Wissenschaftler in den kommenden Jahren noch weiteren Neutronensternverschmelzungen beiwohnen können. Dazu zählt unter anderem eine unabhängige, präzise Bestimmung der Expansionsgeschwindigkeit des Kosmos. Diese Hubble-Konstante sorgt seit Längerem für Kontroversen unter Wissenschaftlern, weil bisherige Messmethoden zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen. In einer der Veröffentlichungen geben die Forscher einen neuen Wert für die wichtige Größe an, der jedoch noch mit einer großen Messunsicherheit behaftet ist.

In jedem Fall wird der 17. August 2017 als Glückstag der Astronomie in Erinnerung bleiben, vielleicht am ehesten vergleichbar mit der Supernova-Explosion in der Großen Magellanschen Wolke im Jahr 1987: Ein Moment, in dem Scharen entzückter Wissenschaftler alles stehen und liegen ließen, um Zeuge einer gewaltigen Explosion zu werden. Dass etwaige Bewohner der Galaxie NGC 4993 genauso erfreut über den Gammastrahlenausbruch waren, darf hingegen bezweifelt werden.

Mehr über die jüngste Entdeckung lesen Sie in diesem Interview mit dem Gravitationswellenforscher Karsten Danzmann.