Wissenschaftliche Studien bestätigen – 3

Schwarze Löcher im Universum

Rajibul Scheich vom Tata-Institut für Grundlagenforschung in Indien schlug eine Möglichkeit vor, die Hälse von Maulwurflöchern von schwarzen Löchern zu unterscheiden. Der Vordruck eines wissenschaftlichen Artikels mit theoretischen Berechnungen der Physik ist auf der Website veröffentlicht arXiv.org .

Ein Wurmloch (es ist ein Maulwurf und ein Wurmloch) ist ein hypothetisches Objekt, das zu jedem Zeitpunkt einen "geraden Tunnel" zwischen bestimmten Bereichen des Raumes darstellt. Stellen wir uns ein zerknittertes Blatt Papier vor. Sie können reisen, ohne die Oberfläche zu verlassen. Um dann von Punkt A nach Punkt B zu gelangen, müssen Sie alle Kurven gewissenhaft überwinden. Und Sie können die Oberfläche "durchbohren" und direkt an den gewünschten Punkt auf der anderen Seite gelangen. Hier bietet das Wurmloch diese Möglichkeit (allerdings nicht für Raumschiffe, sondern bestenfalls für Photonen).

Maulwürfe haben die Phantasie von Physikern seit langem erregt, weil sie eine Möglichkeit sind, in Bereiche des Weltraums zu schauen, die aufgrund der sehr geringen Lichtgeschwindigkeit im Kosmos für die direkte Beobachtung unzugänglich sind. Außerdem verbinden Wurmlöcher nach einigen Theorien verschiedene Universen im Multiversum. Das bedeutet, dass Sie möglicherweise auch in ein anderes Universum schauen können.

Das Vorhandensein von Wurmlöchern widerspricht nicht der allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins – der tiefsten und bisher am besten getesteten Theorie der Raum-Zeit. Es stimmt, dass exotische Formen der Materie notwendig sind, um den Maulwurf aufrechtzuerhalten, von deren Existenz Physiker noch nicht überzeugt sind.

Wo Theoretikern das Wissen fehlt, kann Beobachtung helfen. Die Schwierigkeit besteht darin, dass für einen Astronomen der "Eingang" in das Maulwurfloch (der Hals, wie Experten sagen) fast genauso aussehen sollte wie ein Schwarzes Loch.

Wie Sie wissen, werden Schwarze Löcher nicht direkt beobachtet, dafür sind sie schwarz. Sie werden durch das Leuchten der auf sie fallenden Substanz, die Parameter der Umlaufbahnen von Satellitenkörpern und seit kurzem auch Gravitationswellen entdeckt. Bisher war den Astronomen jedoch keine Möglichkeit bekannt, ein Schwarzes Loch von einem Maulwurfloch zu unterscheiden.

Der Scheich schlägt eine solche Methode vor. Es basiert auf einer speziellen Struktur, die sich aufgrund der Gravitationseinwirkung eines Schwarzen Lochs auf die umgebenden Photonen bildet. Dies ist ein charakteristischer dunkler Bereich vor einem hellen Hintergrund, der sogenannte Schatten. Die Quelle der "Beleuchtung", die benötigt wird, um Schatten zu erzeugen, kann sowohl eine Scheibe der Materie sein, die in ein Schwarzes Loch fällt (eine Akkretionsscheibe, wie Experten sagen), als auch andere Himmelskörper.

Der Physiker untersuchte eine bestimmte Klasse von Wurmlöchern, die sogenannten Theo-Wurmlöcher. Er untersuchte theoretisch die Abhängigkeit der Form des Halsschattens von der Geschwindigkeit seiner Drehung um seine Achse. Der Autor verglich dann die Ergebnisse mit dem Verhalten des beliebtesten rotierenden Schwarzen Lochs, das als Kerr-Schwarzes Loch bekannt ist.

Wie die Ausgabe von ScienceAlert ausführt, stellte sich heraus, dass der Hals eines Wurmlochs bei langsamer Drehung nicht von einem Schwarzen Loch zu unterscheiden ist. Wenn sich das Objekt jedoch schneller dreht, lässt die Form des Schattens erkennen, ob das schwarze Loch vor uns liegt oder der Hals eines Wurmlochs. Es ist wichtig, dass solche Geschwindigkeiten nicht extrem hoch sind und in Wirklichkeit sehr gut beobachtet werden können.

"Die hier erzielten Ergebnisse zeigen, dass Wurmlöcher, die in dieser Arbeit behandelt werden und eine angemessene Rotationsgeschwindigkeit um ihre Achse haben, durch Beobachtungen ihrer Schatten von Schwarzen Löchern unterschieden werden können", schreibt der Scheich in einer Anmerkung zu seinem Artikel.

Die Schwierigkeit besteht darin, dass bis heute weder von Schwarzen Löchern noch von den Halsen der Maulwurflöcher Schatten beobachtet wurden. Der Grund dafür ist, dass eine sehr hohe Auflösung erforderlich ist (die Fähigkeit, kleine Details zu unterscheiden). Das ET-Radioteleskopsystem, das den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs direkt "erkennen" soll, hat jedoch vermutlich die richtigen Parameter und hat bereits erste Beobachtungen durchgeführt.

Wissenschaftler der Johns Hopkins University haben eine Hypothese über die Existenz einer besonderen Art von kosmischen Objekten vorgeschlagen, die unsichtbar sind und Licht wie Schwarze Löcher krümmen, jedoch keinen klassischen Ereignishorizont haben. Die Entdeckung wird in einem Artikel in der Zeitschrift Physical Review D berichtet.

Die Forscher nutzten die Stringtheorie, um eine theoretische Suche nach Objekten durchzuführen, die die gleichen Gravitationseffekte wie Schwarze Löcher reproduzieren könnten. Sie fanden heraus, dass diese Bedingung mit topologischen Solitonen übereinstimmt, die eine ungewöhnliche Art von Raum-Zeit-Deformation darstellen, wobei zusätzliche kompakte Messungen erforderlich sind.

Computersimulationen haben gezeigt, dass topologische Solitonen im Gegensatz zu herkömmlichen Schwarzen Löchern schwache Lichtstrahlen emittieren, die sonst der Schwerkraft eines echten Schwarzen Lochs nicht entgehen könnten. Photonen bewegen sich entlang zahlreicher gekrümmter Bahnen, wodurch der Schatten eines falschen Schwarzen Lochs verschwommen erscheint. Bei einem gewöhnlichen Schwarzen Loch definiert ein solcher Schatten die Grenzen des Ereignishorizonts – einen Bereich, aus dem das Licht nicht ausbrechen kann.

Topologische Solitonen sind das Ergebnis einer im Jahr 2021 durchgeführten Modifikation der allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein mit Hilfe einiger Erkenntnisse aus der Stringtheorie. Sie sind ein Beispiel für exotische Objekte innerhalb der Quantengravitation, die versucht, die Quantenmechanik und die Auswirkungen der Relativitätstheorie in Einklang zu bringen. Aber auch ohne die Verwendung der Stringtheorie ist es möglich, andere hypothetische Objekte zu existieren, die Alternativen zu Schwarzen Löchern sind – zum Beispiel Bosonsterne und Gravastare.

Aus dem Buch von Tikhomirov A.E. Structural levels and systemic organization of matter. "LitRes«, Moskau, 2023, P. 1 (Übersetzung aus dem Angianischen): "Theoretische Physiker der Radbaud-Universität in Nijmegen haben eine Studie durchgeführt, die die Richtigkeit von Stephen Hawkings Theorie über Schwarze Löcher überprüft hat. Die Ergebnisse bestätigten sie teilweise und ließen auch die Annahme zu, dass alles im Universum allmählich verdampft. Die neue theoretische Studie führten die Physiker Michael Wondrak, Walter van Suilek und Heino Falke durch. Sie testeten die Theorie des berühmten theoretischen Physikers Stephen Hawking über Schwarze Löcher und fanden heraus, dass er in vielerlei Hinsicht, aber nicht in allem, Recht hatte. Zu seiner Zeit argumentierte Hawking mit einer Kombination aus Quantenphysik und Einsteins Gravitationstheorie, dass die spontane Geburt und Vernichtung von Teilchenpaaren in der Nähe des Ereignishorizonts stattfinden sollte. Das heißt "Nicht-Rückkehrpunkt", also eine unsichtbare Eigenschaft, hinter der es für alle Objekte, selbst für die kleinsten, keine Rettung mehr vor der Gravitationskraft des Schwarzen Lochs gibt.

Das Teilchen und sein Antiteilchen werden für eine sehr kurze Zeit aus dem Quantenfeld geboren und dann sofort vernichtet. Aber manchmal kommt es immer noch vor, dass ein Teilchen in ein Schwarzes Loch fällt und das andere davon abfährt. Dieses Phänomen wurde Hawking-Strahlung genannt. Nach Hawking selbst sollte ein ähnlicher Prozess letztendlich zur Verdunstung eines Schwarzen Lochs führen.