In der Astrophysik gibt es ein Sprichwort: „Schwarze Löcher haben keine Haare.” Das bedeutet, dass in der Theorie des Allgemeinen RelativitätSchwarze Löcher sind außergewöhnlich einfache Objekte. Alles, was Sie zur Beschreibung eines Schwarzen Lochs benötigen, ist seine Masse, seine elektrische Ladung und seine Spinrate. Allein mit diesen drei Zahlen haben Sie alles, was Sie jemals über Schwarze Löcher wissen konnten. Mit anderen Worten, sie sind kahl – sie haben keine zusätzlichen Informationen.
Dieser Aspekt von Schwarzen Löchern ist für Astrophysiker äußerst frustrierend, die unbedingt verstehen wollen, wie diese kosmischen Giganten funktionieren. Da Schwarze Löcher jedoch keine „Haare“ haben, gibt es keine Möglichkeit, mehr über sie und ihre Funktionsweise zu erfahren. Leider gehören Schwarze Löcher nach wie vor zu den rätselhaftesten und mysteriösesten Objekten im Universum.
Verwandt: Stephen Hawkings berühmtes Schwarz-Loch-Paradoxon könnte endlich eine Lösung finden
Aber dieses Konzept von „haarlosen“ Schwarzen Löchern basiert auf unserem aktuellen Verständnis der Allgemeinen Relativitätstheorie, wie sie ursprünglich von formuliert wurde Albert Einstein. Dieses Relativitätsbild konzentriert sich auf die Krümmung der Raumzeit. Jedes Wesen mit Masse oder Energie krümmt die Raumzeit um sich herum, und diese Biegung weist diese Wesen an, wie sie sich bewegen sollen.
Dies ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, eine Relativitätstheorie zu konstruieren. Es gibt einen völlig anderen Ansatz, der sich stattdessen auf die „Verdrehung“ und nicht auf die Krümmung der Raumzeit konzentriert. In diesem Bild verdreht jedes Wesen mit Masse oder Energie die Raumzeit um sich herum, und diese Verdrehung weist andere Objekte an, sich zu bewegen.
Die beiden Ansätze, einer auf Krümmung und der andere auf Verdrehung, sind mathematisch äquivalent. Da Einstein jedoch zuerst die krümmungsbasierte Sprache entwickelte, wird sie viel häufiger verwendet. Der Twistiness-Ansatz, der wegen seiner mathematischen Verwendung paralleler Linien als „teleparallele“ Schwerkraft bekannt ist, bietet viel Raum für interessante theoretische Erkenntnisse, die im Krümmungsansatz nicht offensichtlich sind.
Beispielsweise untersuchte ein Team theoretischer Physiker kürzlich, wie die teleparallele Schwerkraft das Problem der Haarigkeit von Schwarzen Löchern lösen könnte. Sie detailliert ihre Arbeit in einem Artikel, der in der Preprint-Datenbank veröffentlicht wurde arXiv im Juli. (Die Forschung muss noch einem Peer-Review unterzogen werden.)
Das Team untersuchte mögliche Erweiterungen der Allgemeinen Relativitätstheorie mithilfe eines sogenannten Skalarfelds – eines Quantenobjekts, das den gesamten Raum und die gesamte Zeit bewohnt. Ein berühmtes Beispiel für ein Skalarfeld ist das Higgs-Boson, das dafür verantwortlich ist, dass viele Teilchen ihre Masse erhalten. Möglicherweise gibt es zusätzliche Skalarfelder, die das Universum bewohnen und die Funktionsweise der Schwerkraft auf subtile Weise verändern, und Physiker nutzen diese Skalarfelder seit langem, um die Natur kosmischer Geheimnisse wie zu erklären Dunkle Materie Und dunkle Energie.
In der allgemeinen Relativitätstheorie, die auf der regulären Krümmung basiert, gibt es nur begrenzte Möglichkeiten, Skalarfelder hinzuzufügen. Aber in der teleparallelen Schwerkraft gibt es noch viel mehr Möglichkeiten. Dieses Forschungsteam entdeckte eine Möglichkeit, mithilfe des teleparallelen Rahmens Skalarfelder zur Allgemeinen Relativitätstheorie hinzuzufügen. Dann nutzten sie diesen Ansatz, um zu untersuchen, ob diese Skalarfelder, die sonst unsichtbar wären, in der Nähe von Schwarzen Löchern auftauchen könnten.
Das Endergebnis: Die Skalarfelder, die der Allgemeinen Relativitätstheorie hinzugefügt wurden, gaben Schwarzen Löchern bei der Erforschung durch die Teleparallellinse etwas Haar.
Das „Haar“ ist in diesem Fall das Vorhandensein eines starken Skalarfeldes in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs. Entscheidend ist, dass dieses Skalarfeld Informationen über das Schwarze Loch in seinem Inneren trägt, was es Wissenschaftlern ermöglichen würde, mehr über Schwarze Löcher zu verstehen, ohne in sie hineintauchen zu müssen.
Nachdem die Forscher nun herausgefunden haben, wie man schwarzen Löchern Haare verleiht, müssen sie als nächstes an den Beobachtungskonsequenzen dieser Ergebnisse arbeiten. Zukünftige Gravitationswellenbeobachtungen könnten beispielsweise subtile Signaturen dieser Skalarfelder bei Kollisionen von Schwarzen Löchern enthüllen.