Es sieht aus wie ein Schwarzes Loch und beugt Licht wie ein Schwarzes Loch, aber es könnte tatsächlich eine neue Art von Stern sein.
Obwohl das mysteriöse Objekt eine hypothetische mathematische Konstruktion ist, deuten neue Simulationen von Johns Hopkins-Forschern darauf hin, dass es andere Himmelskörper im Weltraum geben könnte, die sich selbst vor den besten Teleskopen der Erde verstecken. Die Ergebnisse sollen in veröffentlicht werden Körperliche Überprüfung D.
„Wir waren sehr überrascht“, sagte Pierre Heidmann, ein Physiker der Johns Hopkins University, der die Studie leitete. „Das Objekt sieht aus wie ein Schwarzes Loch, aber aus seinem dunklen Fleck kommt Licht.“
Die Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2015 erschütterte die Welt der Astrophysik, weil sie die Existenz von Schwarzen Löchern bestätigte. Inspiriert von diesen Erkenntnissen machte sich das Johns-Hopkins-Team daran, die Möglichkeit anderer Objekte zu untersuchen, die ähnliche Gravitationseffekte erzeugen könnten, die aber als Schwarze Löcher passieren könnten, wenn sie mit ultrapräzisen Sensoren auf der Erde beobachtet werden, sagte Co-Autor und Johns-Hopkins-Physiker Ibrahima Bah .
„Wie würden Sie feststellen, ob Sie kein Schwarzes Loch haben? Wir haben keine gute Möglichkeit, das zu testen“, sagte Bah. „Das Studium hypothetischer Objekte wie topologischer Solitonen wird uns dabei helfen, das ebenfalls herauszufinden.“
Die neuen Simulationen bilden ein Objekt realistisch ab, das das Johns-Hopkins-Team ein topologisches Soliton nennt. Die Simulationen zeigen ein Objekt, das aus der Ferne wie ein verschwommenes Foto eines Schwarzen Lochs aussieht, aber aus der Nähe wie etwas ganz anderes.
Das Objekt ist in diesem Stadium hypothetisch. Aber die Tatsache, dass das Team es mit mathematischen Gleichungen konstruieren und mit Simulationen zeigen konnte, wie es aussieht, deutet darauf hin, dass es im Weltraum andere Arten von Himmelskörpern geben könnte, die sich selbst vor den besten Teleskopen der Erde verstecken.
Die Ergebnisse zeigen, wie das topologische Soliton den Raum genau wie ein Schwarzes Loch verzerrt – sich aber anders verhält als ein Schwarzes Loch, da es krabbelt und schwache Lichtstrahlen freisetzt, die der starken Gravitationskraft eines echten Lochs nicht entkommen würden.
Filmclip, der die Gravitationslinseneffekte zeigt, die durch kein Objekt in der Sichtlinie eines Beobachters, ein Schwarzes Loch und das topologische Soliton verursacht werden. Bildnachweis: Pierre Heidmann / Johns-Hopkins-Universität.
„Licht wird stark gebeugt, aber anstatt wie in einem Schwarzen Loch absorbiert zu werden, zerstreut es sich in irren Bewegungen, bis es an einem Punkt chaotisch zu Ihnen zurückkommt“, sagte Heidmann. „Sie sehen keinen dunklen Fleck. Sie sehen viel Unschärfe, was bedeutet, dass das Licht wie verrückt um dieses seltsame Objekt kreist.“
Das Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs ist so stark, dass Licht es in einem bestimmten Abstand von seinem Zentrum umkreisen kann, so wie die Erde die Sonne umkreist. Diese Entfernung bestimmt den Rand des „Schattens“ des Lochs, so dass jedes einfallende Licht tödlich auf die Region trifft, die Wissenschaftler den „Ereignishorizont“ nennen. Da kann nichts entkommen – nicht einmal Licht.
Das Hopkins-Team simulierte mehrere Szenarien mit Bildern des Weltraums, als ob sie mit einer Kamera aufgenommen worden wären, und platzierte ein Schwarzes Loch und das topologische Soliton vor der Linse. Die Ergebnisse erzeugten aufgrund der Gravitationswirkung der massiven Körper verzerrte Bilder.
„Dies sind die ersten Simulationen astrophysikalisch relevanter Stringtheorie-Objekte, da wir die Unterschiede zwischen einem topologischen Soliton und einem Schwarzen Loch tatsächlich charakterisieren können, als ob ein Beobachter sie am Himmel sehen würde“, sagte Heidmann.
Motiviert durch verschiedene Ergebnisse aus der Stringtheorie entdeckten Bah und Heidmann Möglichkeiten, topologische Solitonen unter Verwendung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu konstruieren 2021. Während die Solitonen keine Vorhersagen neuer Objekte sind, dienen sie als die besten Modelle dafür, wie neue Quantengravitationsobjekte im Vergleich zu Schwarzen Löchern aussehen könnten.
Wissenschaftler haben zuvor Modelle von Bosonsternen, Gravasternen und anderen hypothetischen Objekten erstellt, die ähnliche Gravitationseffekte mit exotischen Materieformen ausüben könnten. Aber die neue Forschung berücksichtigt Säulentheorien über das Innenleben des Universums, die andere Modelle nicht haben. Es verwendet die Stringtheorie, die die Quantenmechanik und Einsteins Gravitationstheorie in Einklang bringt, sagten die Forscher.
„Das ist der Beginn eines wunderbaren Forschungsprogramms“, sagte Bah. „Wir hoffen, dass wir in Zukunft wirklich neue Arten von ultrakompakten Sternen vorschlagen können, die aus neuen Arten von Materie aus der Quantengravitation bestehen.“
Zum Team gehört der Johns-Hopkins-Physiker Emanuele Berti. Das topologische Soliton in den Simulationen wurde zuerst konstruiert Forschungsergebnisse, die 2022 von Bahs Gruppe veröffentlicht wurden.
Mehr Informationen:
Abbildung topologischer Solitonen: Die Mikrostruktur hinter dem Schatten, Körperliche Überprüfung D (2023). journals.aps.org/prd/accepted/ … bb8818b2c35a0d77cb4d . An arXiv: arxiv.org/abs/2212.06837