FRANKFURT / LONDON (IT BOLTWISE) – Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt haben in Zusammenarbeit mit dem Tsung-Dao Lee Institut in Shanghai neue Methoden entwickelt, um verschiedene Arten von Schwarzen Löchern zu unterscheiden. Mithilfe hochaufgelöster Schattenbilder und komplexer Simulationen sollen alternative Theorien zu Einsteins Relativitätstheorie überprüft werden.
Schwarze Löcher faszinieren die Wissenschaft seit Jahrzehnten, da sie als kosmische Objekte gelten, denen nicht einmal Licht entkommen kann. Die Event-Horizon-Telescope-(EHT)-Kollaboration hat vor einigen Jahren bahnbrechende Bilder von Schwarzen Löchern im Zentrum der Galaxie M 87 und unserer Milchstraße veröffentlicht. Diese Bilder zeigen jedoch nicht das Schwarze Loch selbst, sondern die heiße Materie in seiner Umgebung. Diese Materie sendet Lichtsignale aus, solange sie sich noch außerhalb des Ereignishorizonts befindet, was es ermöglicht, den Schatten des Schwarzen Lochs zu beobachten.
Die Beobachtung dieser Schatten eröffnet neue Möglichkeiten, die Theorien hinter diesen extremen kosmischen Objekten zu überprüfen. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie gilt als Goldstandard für die Beschreibung von Raum und Zeit und sagt die Existenz von Schwarzen Löchern voraus. Doch es gibt auch andere, noch hypothetische Theorien, die die Existenz solcher Objekte vorhersagen. Einige dieser Ansätze erfordern Materie mit besonderen Eigenschaften oder die Verletzung bekannter physikalischer Gesetze.
Forscher der Goethe-Universität Frankfurt und des Tsung-Dao Lee Instituts in Shanghai haben nun eine Methode entwickelt, um diese alternativen Theorien zu testen. Sie nutzen hochaufgelöste Schattenbilder der Schwarzen Löcher, um deren Radius zu bestimmen, und vergleichen diese mit theoretischen Vorhersagen. Mithilfe dreidimensionaler Computersimulationen wird das Verhalten von Materie und Magnetfeldern in der Umgebung der Schwarzen Löcher nachgebildet. Diese Simulationen erzeugen synthetische Bilder des leuchtenden Plasmas, die als Grundlage für den Vergleich dienen.
Die Unterschiede in den Schattenbildern könnten in Zukunft helfen, zwischen verschiedenen Theorien zu unterscheiden. Aktuell sind die Bildunterschiede noch zu klein, um mit der gegenwärtigen Auflösung des EHT signifikante Aussagen zu treffen. Doch mit verbesserter Auflösung und zusätzlichen Teleskopen, möglicherweise sogar im Weltall, könnten diese Unterschiede deutlicher werden. Die Forscher hoffen, dass die Relativitätstheorie weiterhin Bestand hat, doch auch exotische Möglichkeiten wie nackte Singularitäten oder Wurmlöcher werden nicht ausgeschlossen.
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