Wenn Sie in ein Schwarzes Loch eintauchen würden (etwas, das wir nicht empfehlen würden), würden Sie wahrscheinlich eine Singularität oder einen unendlich kleinen und dichten Punkt im Zentrum finden. Oder das haben Physiker immer gedacht.
Aber jetzt schlagen zwei Wissenschaftler vor, dass einige Schwarze Löcher möglicherweise überhaupt keine Schwarzen Löcher sind. Stattdessen können es seltsame Objekte sein, die voller dunkler Energie sind - die mysteriöse Kraft, die an die Grenzen des Universums drängt und dazu führt, dass es sich immer schneller ausdehnt.
"Wenn das, was wir für Schwarze Löcher hielten, tatsächlich Objekte ohne Singularitäten sind, dann ist die beschleunigte Expansion unseres Universums eine natürliche Folge von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie", sagte Kevin Croker, Astrophysiker an der Universität von Hawaii in Mānoa.
Croker und ein Kollege beschreiben diese Idee in einer neuen Studie, die online am 28. August im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde. Wenn sie Recht haben und die Singularität im Herzen eines Schwarzen Lochs durch eine seltsame Energie ersetzt werden könnte, die alles auseinander schleudert, könnte dies die Art und Weise revolutionieren, wie wir über diese dichten Objekte denken.
Das Duo wollte nicht herausfinden, was sich in einem Schwarzen Loch befindet. Croker und Joel Weiner, emeritierter Professor für Mathematik an derselben Universität, untersuchten Friedmanns Gleichungen, die aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vereinfacht werden. (Relativitätstheorie beschreibt, wie Masse und Energie Raum-Zeit verzerren.) Physiker verwenden Friedmanns Gleichungen, um die Expansion des Universums zu beschreiben, auch weil die Mathematik einfacher ist als in Einsteins Gleichungskörper, der die Relativitätstheorie beschreibt. Das Team stellte fest, dass ultradense und isolierte Regionen des Weltraums wie Neutronensterne und Schwarze Löcher auf die gleiche mathematische Weise wie alle anderen Bereiche behandelt werden mussten, um Friedmanns Gleichungen richtig aufzuschreiben. Zuvor hielten Kosmologen es für vernünftig, die internen Details ultradichter und isolierter Regionen wie das Innere eines Schwarzen Lochs zu ignorieren.
"Wir haben gezeigt, dass es nur einen Weg gibt, richtig zu sein", sagte Croker gegenüber Live Science. "Und wenn du es so machst, wie es richtig ist, findest du einige interessante Dinge."
Die neuen Ergebnisse legen nahe, dass die gesamte für die beschleunigte Expansion des Universums erforderliche Dunkle Energie in diesen Alternativen zu Schwarzen Löchern enthalten sein könnte. Die Forscher entdeckten dies in der Mathematik, nachdem sie die Art und Weise korrigiert hatten, Friedmanns Gleichungen zu schreiben. In einem Follow-up-Artikel, der beim Astrophysical Journal eingereicht und am 7. September im Preprint-Journal arXiv veröffentlicht wurde, zeigten sie, dass diese Alternativen zu Schwarzen Löchern, die als generische Objekte der Dunklen Energie (GEODEs) bezeichnet werden, auch dazu beitragen können, Besonderheiten der Gravitation zu erklären. Wellenbeobachtungen von 2016.
Die Mathematik aus Friedmanns Gleichungen zeigte, dass diese ultradichten Objekte im Laufe der Zeit einfach aufgrund der Expansion des Universums an Gewicht zunehmen, selbst wenn es kein Material in der Nähe gibt, das sie verbrauchen können. So wie Licht, das sich durch den expandierenden Raum bewegt, Energie verliert - ein Effekt, der als Rotverschiebung bekannt ist -, verliert Materie auch Gewicht, wenn sich der Raum ausdehnt. Der Effekt ist normalerweise so gering, dass er nicht sichtbar ist. Bei ultradichtem Material mit sehr starkem Druck im Inneren, das als relativistisches Material bezeichnet wird, macht sich der Effekt jedoch bemerkbar. Dunkle Energie ist sehr relativistisch und ihr Druck wirkt entgegengesetzt zu normaler Materie und Licht - daher nehmen daraus hergestellte Objekte (wie diese hypothetischen GEODE) mit der Zeit an Gewicht zu.
"Licht ist eine seltsame Sache. Es verhält sich in vielerlei Hinsicht intuitiv", sagte Croker. "Die Leute haben nicht erwartet, dass dieses Verhalten auch in anderen Objekten gezeigt werden kann. Aber wir haben gezeigt, ja, Sie können es in einem anderen Objekt sehen", nämlich in GEODEs.
GEODEs wurden erstmals in den 1960er Jahren als Idee vorgeschlagen, aber die Mathematik, die sie unterstützt, wurde erst kürzlich ausgearbeitet. Es stellt sich jedoch heraus, dass diese seltsamen Objekte auch eine einfache Erklärung für beobachtete Fusionen großer Schwarzer Löcher liefern könnten. Im Jahr 2016 gaben Mitglieder der Zusammenarbeit zwischen dem Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO) und Virgo bekannt, dass sie erstmals eine Fusion von Schwarzen Löchern beobachtet haben, aber die berechneten Massen der angeblichen Schwarzen Löcher waren unerwartet - Wissenschaftler erwarteten dies entweder viel höher oder niedriger.
Aber GEODEs nehmen im Gegensatz zu herkömmlichen Schwarzen Löchern mit der Zeit an Gewicht zu. Wenn zwei GEODE, die sich im jüngeren Universum gebildet hatten, schließlich kollidierten, wären sie zum Zeitpunkt ihrer Kollision größer geworden als typische Schwarze Löcher. Zu diesem Zeitpunkt würden die Massen der GEODE mit den Massen übereinstimmen, die bei der von LIGO-Virgo beobachteten Kollision beobachtet wurden. Anstatt sich eine hochspezifische Situation vorstellen zu müssen, die zur Fusion geführt hat, könnten GEODE eine einfachere Lösung zur Erklärung der Beobachtungen bieten.
Allerdings sind nicht alle Wissenschaftler überzeugt. Die neue Beschreibung dieser Objekte ist "nicht intuitiv und schwer zu verdauen", sagte Vitor Cardoso, Professor für Physik am Instituto Superior Técnico in Lissabon, Portugal, der nicht an der Studie beteiligt war, Live Science in einer E-Mail. Aber er fügte hinzu: "Ich mag die Idee, Alternativen zu Schwarzen Löchern zu finden - sie zwingt uns, das Paradigma der Schwarzen Löcher zu stärken. Manchmal ist es auch schwierig, Dinge zu finden, wenn wir nicht danach suchen."
