Schwarze Löcher sind von vielen Geheimnissen umwittert, aber jetzt haben Forscher des Niels Bohr Institute und anderer Einrichtungen neue, bahnbrechende Theorien entwickelt, die mehrere ihrer Eigenschaften erklären können. Die Forschungsarbeit zeigt, dass Schwarze Löcher Eigenschaften besitzen, welche den Dynamiken von Festkörpern und Flüssigkeiten ähneln. Die Ergebnisse werden in dem renommierten Wissenschaftsjournal Physical Review Letters veröffentlicht.
Schwarze Löcher sind extrem kompakte Objekte im Universum. Sie sind so kompakt, dass sie eine unglaublich starke Gravitationswirkung erzeugen und alles verschlucken, was in ihre Nähe kommt. Nicht einmal Licht kann entkommen, deswegen wird Licht, das ein Schwarzes Loch trifft, nicht reflektiert, sondern vollständig absorbiert. Aus diesem Grund können sie nicht beobachtet werden und wir nennen sie Schwarze Löcher.
„Aber Schwarze Löcher sind nicht komplett schwarz – wir wissen, dass sie Strahlung emittieren und es gibt Hinweise darauf, dass diese Strahlung thermal ist, also eine Temperatur besitzt“, erklärt Niels Obers, ein Professor für theoretische Teilchenphysik und Kosmologie am Niels Bohr Institute der University of Copenhagen.
Multiple Dimensionen
Forscher wissen, dass die Schwarzen Löcher sehr kompakt sind, aber sie kennen ihre Quanteneigenschaften nicht. Niels Obers arbeitet mit theoretischen Modellen, um die Physik von Schwarzen Löchern besser zu verstehen. Er erklärt, dass man ein Schwarzes Loch wie ein Teilchen ansehen kann. Ein Teilchen hat im Prinzip keine Dimensionen. Es ist ein Punkt. Wenn man einem Teilchen eine zusätzliche Dimension gibt, wird es zu einem String. Wenn man einem String eine zusätzliche Dimension gibt, wird er zu einer Ebene. Physiker bezeichnen solch eine Ebene als „Brane“ (der Begriff „Brane“ ist verwandt mit „Membranen“ aus der biologischen Welt).
„In der Stringtheorie kann es verschiedene Branen geben, darunter Ebenen, die sich wie Schwarze Löcher verhalten und die wir Schwarze Branen nennen. Die Schwarzen Branen sind thermal, das heißt, sie haben eine Temperatur und sind dynamische Objekte. Wenn Schwarze Branen in multiple Dimensionen gefaltet werden, bilden sie einen ‚Blackfold'“, erläutert Niels Obers, der diese neue Betrachtungsweise für Schwarze Branen im Jahr 2009 gemeinsam mit Troels Harmark entwickelte, einem außerordentlichen Professor für theoretische Physik am Niels Bohr Institute. (Anm. d. Red.: Für den Begriff „Blackfold“ gibt es keine exakte deutsche Übersetzung. Sinngemäß ist damit ein (mehrdimensionales) schwarzes, „gefaltetes“ Objekt gemeint.)
Neuer Durchbruch
Niels Obers und seine beiden Doktoranden Jay Armas und Jakob Gath haben jetzt einen neuen Durchbruch bei der Beschreibung der Physik von Schwarzen Löchern erzielt, basierend auf den Theorien der Schwarzen Branen und Blackfolds.
„Die Schwarzen Branen sind hydrodynamische Objekte, das heißt, sie haben die Eigenschaften einer Flüssigkeit. Wir haben jetzt herausgefunden, dass Schwarze Branen auch Eigenschaften besitzen, die als jene von Festkörpern erklärt werden können. Sie können sich wie elastisches Material verhalten, wenn wir sie biegen“, verdeutlicht Jay Armas.
Er erklärt, dass ein sogenannter piezoelektrischer Effekt entsteht (Elektrizität, die aufgrund des Drucks auftritt), wenn die Schwarzen Branen gebogen und in einen Blackfold gefaltet werden. Dieser neue Effekt kann als ein leicht gebogener und geladener Schwarzer String verstanden werden, der in seiner innersten Seite eine höhere Konzentration der elektrischen Ladung aufweist als in seiner äußersten Seite. Das erzeugt zwei elektrisch geladene Pole auf den Schwarzen Strings. Schwarze Löcher werden von Einsteins Gravitationstheorie vorhergesagt. Das bedeutet, dass es eine sehr überraschende Beziehung zwischen Gravitation, Fluidmechanik und Festkörperphysik gibt.
„Mit diesen neuen Theorien erwarten wir, dass wir in der Lage sein werden, andere Phänomene betreffend Schwarzer Löcher zu erklären und wir rechnen damit, die physikalischen Eigenschaften von Neutronensternen besser zu verstehen. Wir sehen außerdem einem besseren Wissen über die sogenannten Teilchentheorien entgegen, die beispielsweise relevant für das Verständnis des Quark-Gluonen-Plasmas im primordialen Universum sind“, erklärt Niels Obers.
(THK)
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