Als zwei Neutronensterne weit entfernt im Weltraum zusammenschlugen, verursachten sie ein starkes Schütteln im Universum - Gravitationswellen, die Wissenschaftler 2017 auf der Erde entdeckten. Jetzt, wenn sie diese Gravitationswellenaufzeichnungen durchsehen, glauben zwei Physiker, Beweise dafür gefunden zu haben ein Schwarzes Loch, das gegen das saubere Modell aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie verstoßen würde.
In der allgemeinen Relativitätstheorie sind Schwarze Löcher einfache Objekte: unendlich komprimierte Singularitäten oder Materiepunkte, umgeben von glatten Ereignishorizonten, durch die kein Licht, keine Energie oder Materie entweichen kann. Bisher haben alle Daten, die wir aus Schwarzen Löchern gewonnen haben, dieses Modell unterstützt.
Aber in den 1970er Jahren schrieb Stephen Hawking eine Reihe von Artikeln, die darauf hinwiesen, dass die Grenzen der Schwarzen Löcher nicht ganz so glatt sind. Stattdessen verschwimmen sie dank einer Reihe von Effekten im Zusammenhang mit der Quantenmechanik, die das Entweichen von "Hawking-Strahlung" ermöglichen. In den letzten Jahren ist eine Reihe alternativer Schwarzlochmodelle entstanden, bei denen diese glatten, perfekten Ereignishorizonte durch schwächere, unschärfere Membranen ersetzt wurden. In jüngerer Zeit haben Physiker vorausgesagt, dass dieser Flaum um neu gebildete Schwarze Löcher besonders intensiv sein wird - erheblich genug, um Gravitationswellen zu reflektieren und ein Echo im Signal der Bildung eines Schwarzen Lochs zu erzeugen. Jetzt, nach der Kollision mit dem Neutronenstern, glauben zwei Physiker, diese Art von Echo gefunden zu haben. Sie argumentieren, dass ein Schwarzes Loch, das sich beim Verschmelzen der Neutronensterne gebildet hat, wie eine Echo-Glocke läutet und die einfache Physik des Schwarzen Lochs zerstört.
Wenn das Echo real ist, muss es aus dem Flaum eines Quanten-Schwarzen Lochs stammen, sagte der Co-Autor der Studie, Niayesh Afshordi, Physiker an der University of Waterloo in Kanada.
"In Einsteins Relativitätstheorie kann Materie in großen Entfernungen um Schwarze Löcher kreisen, sollte aber in der Nähe des Ereignishorizonts in das Schwarze Loch fallen", sagte Afshordi gegenüber Live Science.
In der Nähe des Schwarzen Lochs sollte es also kein loses Material geben, um Gravitationswellen widerzuspiegeln. Sogar schwarze Löcher, die sich mit Materialscheiben umgeben, sollten eine leere Zone direkt um ihren Ereignishorizont haben, sagte er.
"Die Zeitverzögerung, die wir für unsere Echos erwarten (und beobachten) ... kann nur erklärt werden, wenn sich eine Quantenstruktur direkt außerhalb ihres Ereignishorizonts befindet", sagte Afshordi.
Das ist eine Pause von normalerweise unerschütterlichen Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie.
Die Daten von vorhandenen Gravitationswellendetektoren sind jedoch verrauscht, schwer richtig zu interpretieren und neigen zu falsch positiven Ergebnissen. Eine Gravitationswelle, die von einem Quantenfussel um ein Schwarzes Loch widerhallt, wäre eine völlig neue Art der Detektion. Aber Afshordi sagte, dass unmittelbar nach der Fusion dieser Flaum intensiv genug sein sollte, um Gravitationswellen so scharf zu reflektieren, dass vorhandene Detektoren ihn sehen könnten.
Joey Neilsen, ein Astrophysiker an der Villanova University in Pennsylvania, der an diesem Artikel nicht beteiligt war, sagte, dass das Ergebnis überzeugend ist - insbesondere, weil die Echos in mehr als einem Gravitationswellendetektor aufgetaucht sind.
"Das ist überzeugender, als Daten zu durchsuchen, nach einer bestimmten Art von Signal zu suchen und zu sagen: 'Aha!' wenn Sie es finden ", sagte Neilsen zu Live Science.
Dennoch, sagte er, müsste er mehr Informationen sehen, bevor er absolut davon überzeugt war, dass die Echos real waren. Das Papier berücksichtigt keine anderen Gravitationswellendetektionen, die innerhalb von 30 Sekunden nach den gemeldeten Echos gesammelt wurden, sagte Neilsen.
"Da Signifikanzberechnungen so empfindlich darauf reagieren, wie Sie Ihre Daten auswählen, möchte ich all diese Funktionen besser verstehen, bevor ich endgültige Schlussfolgerungen ziehen kann", sagte er.
Maximiliano Isi, Astrophysiker am MIT, war skeptisch.
"Es ist nicht die erste Behauptung dieser Art, die von dieser Gruppe stammt", sagte er gegenüber Live Science.
"Leider konnten andere Gruppen ihre Ergebnisse nicht reproduzieren, und das nicht aus Mangel an Versuchen."
Isi wies auf eine Reihe von Veröffentlichungen hin, bei denen in denselben Daten keine Echos gefunden wurden. Eine davon, die im Juni veröffentlicht wurde, bezeichnete er als "eine differenziertere, statistisch belastbarere Analyse".
Afshordi sagte, dass sein neues Papier den Vorteil hat, dass es weitaus empfindlicher ist als frühere Arbeiten, mit robusteren Modellen zur Erkennung schwächerer Echos. Er fügte hinzu: "Der Befund, den wir gemeldet haben ... ist der statistisch signifikanteste unter den Dutzend Suchanfragen. da es die Fehlalarmwahrscheinlichkeit von ungefähr 2 von 100.000 hatte. "
Selbst wenn das Echo real ist, wissen die Wissenschaftler immer noch nicht genau, welche Art von exotischem astrophysikalischem Objekt das Phänomen hervorgebracht hat, fügte Neilsen hinzu.
"Das Interessante an diesem Fall ist, dass wir keine Ahnung haben, was nach der ursprünglichen Fusion übrig geblieben ist: Hat sich sofort ein Schwarzes Loch gebildet oder gab es ein exotisches, kurzlebiges Zwischenobjekt?" Sagte Neilsen. "Die Ergebnisse hier sind am einfachsten zu verstehen, wenn der Rest ein Hypermassiv ist, das innerhalb einer Sekunde oder so zusammenbricht, aber das hier präsentierte Echo überzeugt mich nicht davon, dass dieses Szenario tatsächlich passiert ist."
Es ist möglich, dass die Daten Echos enthalten, sagte Isi, die enorm bedeutsam wären. Er ist einfach noch nicht überzeugt.
Unabhängig davon, wie alle Daten durcheinander geraten, ist es klar, dass das Ergebnis hier auf etwas hinweist, das es wert ist, weiter untersucht zu werden.
