Das Universum dehnt sich aus. Niemand, der sich mit Astronomie oder Physik auskennt, widerspricht dieser Tatsache.
Ebenso bestreitet niemand wirklich, dass sich das Universum irgendwann in vielen Milliarden Jahren ausdehnen wird zu weit– und keine Energie mehr für eine weitere Expansion. An diesem Punkt muss sich etwas ändern. Da beginnt die Meinungsverschiedenheit.
Es gibt eine neue Falte in diesem kosmologischen Argument, und es ist ein Trottel. Laut einer neuen Studie der Kosmologen Daniela Pérez und Gustavo Romero, beide vom Instituto Argentino de Radioastronomía, hat sich das Universum wiederholt ausgedehnt und zusammengezogen, und große Schwarze Löcher sind einige der einzigen Dinge, die diese endlosen Zyklen der Zerstörung und Erneuerung überlebt haben . Diese Zyklen sind Teil dessen, was Kosmologen einen möglichen „kosmologischen Sprung“ nennen.
Ein mathematisches Modell eines theoretischen Schwarzen Lochs ist das Herzstück der Peer-Review-Studie von Péerez und Romero, die letzten Monat im Wissenschaftsjournal veröffentlicht wurde Körperliche Überprüfung D.
„Unser Hauptergebnis ist, dass die Lösung ein dynamisches Schwarzes Loch darstellt, das in allen Epochen des springenden kosmologischen Modells existiert“, schrieben sie.
Mit anderen Worten, das Schwarze Loch von Peérez und Romero überlebte, selbst als alles um es herum ausgelöscht wurde, als das Universum auf dem Weg zu einem eventuellen Rückprall zusammenbrach.
Es ist eine überzeugende Erkenntnis. Die Frage nach der Rolle eines Schwarzen Lochs in einem hüpfenden Universum „ist eindeutig interessant“, sagte Leandros Perivolaropoulos, ein Physiker an der Universität von Ioannina in Griechenland, der nicht an der Studie beteiligt war, gegenüber The Daily Beast, „und dieses Papier kann als solches angesehen werden ein erster Versuch, dem entgegenzuwirken.“
Aber Vorsicht: In Peérez und Romeros Argumentation stecken viele Annahmen. Es ist möglich, dass in dem Moment, in dem ein Universum von Kontraktion zu Expansion springt, alle Regeln, die unser Verständnis der Physik leiten, aus dem Fenster fallen. Vielleicht versuchen wir, das Unergründliche zu ergründen.
„Die allgemeine Relativitätstheorie selbst bricht sowohl an der Singularität des Schwarzen Lochs als auch an der kosmologischen Bounce-Singularität zusammen“, sagte Perivolaropoulos. „Daher kann jede darauf basierende Schlussfolgerung nicht ernst genommen werden.“
Mit anderen Worten, in dem Moment, in dem das Universum auf seine kleinste Größe zusammenbricht, kurz bevor es zurückprallt, würde die Schwerkraft aufhören, normal zu funktionieren. Das meinen wir mit einer Singularität: eine Ausnahme von den Gesetzen der Physik. Wir haben keine Ahnung, wie sich ein Schwarzes Loch verhalten würde, wenn die Regeln nicht mehr gelten.
Die Methoden von Peérez und Romero „haben ein erhebliches Verbesserungspotenzial, um es milde auszudrücken“, fügte Perivolaropoulos hinzu.
„Die Allgemeine Relativitätstheorie selbst bricht sowohl an der Singularität des Schwarzen Lochs als auch an der kosmologischen Bounce-Singularität zusammen. Daher kann eine darauf basierende Schlussfolgerung nicht ernst genommen werden.”
— Leandros Perivolaropoulos, Universität Ioannina
Um es klar zu sagen, die zugrunde liegende Idee, dass sich das Universum wiederholt ausdehnt und zusammenzieht, ist nicht neu. Ein kosmologischer Sprung ist eine von mehreren führenden Theorien unter Kosmologen, die den Ursprung und das Schicksal des Universums untersuchen.
Tatsächlich glaubt mindestens ein Team von Wissenschaftlern sogar, dass unser 13,7 Milliarden Jahre altes Universum am Ende der jüngsten Expansionsphase steht und in etwa hundert Millionen Jahren auf dem Weg zu einem neuen Aufschwung wieder schrumpfen könnte in ein paar Milliarden oder zig Milliarden Jahren.
Alternative Theorien darüber, wie das Universum enden könnte, beinhalten, dass das Universum langsamer wird und einfriert, in sich zusammenbricht oder sich in unzählige fragmentarische Taschenuniversen auflöst. Bei all den Optionen ist klar, warum der kosmologische Aufprall auf großes Interesse stößt. Es ist eine elegante Art, einige der seltsameren Dinge zu erklären, die wir überall um uns herum im Weltraum sehen.
Zum einen könnte es helfen zu erklären, warum wir in einem Universum, das größtenteils einheitlich leer ist, diese seltsamen, verstreuten Klumpen von Zeug haben. Galaxien. Sterne. Planeten. Personen. Unregelmäßigkeiten im Raum, die Nebenprodukte der endlosen Expansion und Kontraktion sind.
Der Sprung könnte auch bei den größten Schwarzen Löchern Sinn machen. Insbesondere die „supermassiven“ Arten, die Milliarden Mal massiver sind als unsere Sonne, die eine so starke Gravitationskraft auf den Raum um sie herum ausüben, dass nicht einmal Licht entweichen kann.
Bisher haben wir zwei dieser riesigen Schwarzen Löcher mit einer neuen globalen Anordnung von Radioteleskopen namens Event Horizon Telescope entdeckt. Einer wurde im Zentrum unserer eigenen Milchstraße beobachtet. Die andere wurde im Herzen von Messier 87 gesichtet, einer 54 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie.
Ein Schwarzes Loch enthält das, was einer Singularität am nächsten kommt – eine Ausnahme von anerkannten Regeln der Physik –, die wir direkt mit unseren Teleskopen beobachten können. Im dunklen, unglaublich dichten Herzen eines Schwarzen Lochs bricht unser Verständnis des Universums zusammen. Wie Perivolaropoulos sagte.
Ein so großes und dichtes Objekt hat etwas Besonderes. Und dieses Etwas Besonderes könnte den größten Schwarzen Löchern helfen, jedes Mal zu überleben, wenn das Universum abprallt und alles andere zu einer Art glatter Paste aus Materie und Energie verdichtet wird.
Ihr Überleben könnte entscheidend sein. Vielleicht, nur vielleicht, ist es kein Zufall, dass Schwarze Löcher bestehen bleiben und ihre einzigartige Verrücktheit behalten, wenn sich alles um sie herum zu Homogenität zusammenzieht. Vielleicht sind die Schwarzen Löcher einer der Gründe, warum das Universum abprallen kann der Rücken nach einer seiner einmal alle 30 Milliarden Jahre oder so Kontraktionen.
Laut Pérez und Romero gibt es Gründe zu der Annahme, dass große Schwarze Löcher, die nach einem kosmologischen Sprung noch intakt sind, dem Universum beim Wiederaufbau helfen, indem sie Materie in den Weltraum zurückführen und die neu expandierende Materie mit ihrer Energie vermischen.
„Wenn Schwarze Löcher den Sprung überstehen, können sie Störungen erzeugen, die zu Strukturen und einer frühen Galaxienbildung in der Expansionsphase führen würden“, schrieben sie. Schwarze Löcher können als Motoren der Schöpfung oder Neuschöpfung fungieren, wenn Sie so wollen, und dabei helfen, Galaxien, Sterne und Planeten in einer sich erholenden Galaxie zu bilden.
„Vielleicht sind die Schwarzen Löcher einer der Gründe, warum das Universum in der Lage ist, sich nach einer seiner etwa alle 30 Milliarden Jahre stattfindenden Kontraktionen wieder zu erholen.”
Es ist eine ansprechende Idee. Vor allem angesichts einer anderen Theorie, die an Glaubwürdigkeit gewinnt (parallel zur Idee eines kosmologischen Aufpralls), dass es im Zentrum jeder Galaxie supermassive Schwarze Löcher gibt. Wir haben sie nur noch nicht alle gefunden.
Um fair zu sein, Pérez und Romero sind nicht die ersten Kosmologen, die die Beziehung zwischen einem hüpfenden Universum und großen Schwarzen Löchern erforschen. Bernard Carr und Timothy Clifton von der Queen Mary University of London schreiben zusammen mit Alan Coley von der Dalhousie University in Kanada seit Jahren über Schwarze Löcher, die kosmologische Sprünge überleben. „Die Mathematik, die wir gemacht haben, deutet darauf hin, dass es möglich ist“, sagte Coley gegenüber The Daily Beast.
Der Unterschied besteht darin, dass in dem Modell von Coley und seinen Koautoren die Schwarzen Löcher in die umgebende Struktur des sich zusammenziehenden Universums eingebettet sind, anstatt darin eingeschlossen zu sein. Das würde es den Schwarzen Löchern erleichtern, selbst dann zu überleben, wenn das Material in der Struktur des Universums in sich zusammenbricht.
Im Denken von Pérez und Romero sind es die Schwarzen Löcher Innerhalb die Struktur. „Sie sehen sich ein etwas anderes Modell an“, sagte Coley. In dieser Vorstellung vom hüpfenden Universum sind die Schwarzen Löcher noch härter, als sich irgendjemand zuvor vorgestellt hat – und potenziell wichtiger für die neue Expansion des Universums.
Wenn es eine Gefahr in der Ecke der Kosmologie gibt, die Pérez und Romero mit Coley und seinen Co-Autoren teilen, dann sind es die ziemlich dürftigen harten Daten über springende Universen und dauerhafte supermassereiche Schwarze Löcher. Unsere Raumsonden sind rar gesät. Wir können nur mit älteren Teleskopen so weit sehen.
Um einen möglichen von Schwarzen Löchern unterstützten kosmologischen Sprung besser in den Griff zu bekommen, müssen wir mehr Schwarze Löcher finden. Besonders große in den Zentren von Galaxien. Wir brauchen auch bessere Messungen der Hintergrundstrahlung des Universums. Eine genaue Ablesung der Strahlung könnte auf Zyklen von Expansion und Kontraktion hindeuten.
Die gute Nachricht ist, dass diese Beobachtungen bald möglich sein könnten. Das neue BICEP Array, eine Reihe von vier im Bau befindlichen Radioteleskopen am Südpol, könnte uns ab den nächsten Jahren gute Strahlungswerte liefern. Und wir können weitere Bilder (und sogar einige Filme) von großen Schwarzen Löchern vom Event Horizon Telescope erwarten.
Wenn Kosmologen wie Pérez, Romero und Coley beginnen, überall schwarze Löcher zu finden und auch die verräterischen Strahlungsmuster eines hüpfenden Universums zu registrieren, dann müssen wir vielleicht anfangen, Frieden mit der Vorstellung zu schließen, dass alles, was wir sehen und uns vorstellen können, viel weniger ist einzigartig als wir bisher dachten.
Tatsächlich leben wir möglicherweise in der dritten, hundertsten oder tausendsten Version des Universums nach wiederholten Sprüngen, die jeweils teilweise von immer größeren Schwarzen Löchern angetrieben werden.