Die epische Kollision zwischen zwei Neutronensternen im Jahr 2017 ist in der Tat ein wissenschaftliches Geschenk, das die Wissenschaftler weiterhin informiert.
Als die Sterne verschmolzen, breiteten sich Gravitationswellen im gesamten Universum aus. Jetzt können Echos dieses Ereignisses die langjährige Hypothese der Schwarzen Löcher stützen.
Astronomen, die die Gravitationswellendaten untersuchen, glauben, Hinweise auf Echos gefunden zu haben – etwas, das nur in Gegenwart der durch Hawking-Strahlung erzeugten „Quantenflusen“ hätte passieren können.
“Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie kann der Schwerkraft eines Schwarzen Lochs nichts entkommen, wenn es den als Ereignishorizont bekannten Punkt ohne Wiederkehr passiert”, sagte der Astronom und Physiker Nyaesh Afshordi von der University of Waterloo in Kanada.
“Dies war lange Zeit das Verständnis der Wissenschaftler, bis Stephen Hawking mithilfe der Quantenmechanik vorhersagte, dass Quantenteilchen langsam aus Schwarzen Löchern fließen würden, die wir jetzt Hawking-Strahlung nennen.”
Die bekannteste Eigenschaft von Schwarzen Löchern ist ihre extreme Gravitationskraft. Es ist so intensiv, dass es in der allgemeinen Relativitätstheorie unmöglich ist, zurück zu entkommen, wenn etwas einen Punkt überschreitet, der als Ereignishorizont bezeichnet wird. Selbst das schnellste Ding im Universum – elektromagnetische Strahlung – kann nicht entkommen.
Aber die Quantenmechanik kann die Details des Universums auf eine Weise erklären, die die allgemeine Relativitätstheorie nicht kann; Nach Hawkings Idee von 1974 emittiert ein Schwarzes Loch etwas, wenn man die Quantenmechanik hinzufügt. Dies ist eine theoretische Art elektromagnetischer Strahlung, die als Hawking-Strahlung bezeichnet wird.
Diese theoretische Strahlung ähnelt dem Lichtspektrum, das von erhitzten Objekten unter Einhaltung der Regeln der Schwarzkörperstrahlung emittiert wird. Nur in diesem Fall führt die superschwere Masse des Schwarzen Lochs dazu, dass Wellen mit extrem niedriger Energie emittiert werden.
Die Existenz dieser Strahlung würde bedeuten, dass Schwarze Löcher langsam verdampfen und das Informationsparadoxon der Schwarzen Löcher auflösen. Aber genau wie Gravitationswellen ist die Strahlung immer noch zu schwach, um erfasst zu werden.
Black-Hole-Modelle zeigen definitiv, dass Hawking-Strahlung real ist. Aber Gravitationswellen können das ändern. Denn wenn Hawking-Strahlung real ist, muss es am Ereignishorizont des Schwarzen Lochs Quantenflusen geben. und dieser Flaum sollte Gravitationswellen verursachen.
“Wissenschaftler konnten experimentell nicht feststellen, ob Materie aus Schwarzen Löchern austrat, bis zuletzt Gravitationswellen entdeckt wurden”, sagte Afshordi.
“Wenn der für Hawking-Strahlung verantwortliche Quantenflusen um Schwarze Löcher herum vorhanden ist, können Gravitationswellen von ihm abprallen und nach dem Hauptereignis der Gravitationskollision kleinere Gravitationswellensignale erzeugen, ähnlich wie bei sich wiederholenden Echos.”
Dies ist, was Afshordi und sein Kollege, der Kosmologe Jahed Abedi vom Institut für Gravitationsphysik. Max Planck in Deutschland konnten sie anhand von Schwerkraftdaten ermitteln. Ihre Ergebnisse stimmen mit dem simulierten Echo überein, das von Modellen von Fuzzy-Schwarzen Löchern vorhergesagt wird, die Hawking-Strahlung emittieren.
Tatsächlich ist es durchaus möglich, dass unsere Instrumente immer noch nicht empfindlich genug sind, um Hawking-Strahlung zu erfassen. Und Afshordi gibt zu, dass das Signal, das das Team gefunden hat, tatsächlich nur Rauschen in den Daten sein kann.
Um dies herauszufinden, müssen Sie nach ähnlichen Signalen in anderen Gravitationswellendatensätzen suchen.
“Jetzt, da Wissenschaftler wissen, wonach wir suchen, können wir nach weiteren Beispielen suchen und eine viel zuverlässigere Bestätigung dieser Signale erhalten”, sagte Afshordi.
“Eine solche Bestätigung wäre die erste direkte Untersuchung der Quantenstruktur der Raumzeit.”
Die Studie wurde im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics veröffentlicht.
Quellen: Foto: physics.ucsb.edu/ Mondolithic Studios via Scientific American
