Lösung in Sicht: Singularitäten in Schwarzen Löchern doch überflüssig?

Neue Theorien deuten darauf hin, dass extreme physikalische Zustände im Zentrum Schwarzer Löcher auch ohne Singularität erklärbar sind - also dem theoretischen Punkt unendliche Dichte, der Physikern seit Jahrzehnten Kopfzerbrechen bereitet

Physik am Limit: Schwarze Löcher anders erklärt

Als Albert Einstein 1915 seine Allgemeine Relativitätstheorie vorstellte, war schnell klar: Diese neue Beschreibung der Gravitation würde extreme Phänomene vorhersagen. Schon ein Jahr später fand Karl Schwarzschild eine exakte Lösung von Einsteins Gleichungen - und entdeckte damit nicht nur die theoretische Grundlage für Schwarze Löcher, sondern auch einen rätselhaften Punkt in deren Zentrum: die Singularität.

Lange blieb das eher ein mathematisches Kuriosum. Erst in den 1960er-Jahren, mit Arbeiten von Stephen Hawking, Roger Penrose und anderen, wurde deutlich: Diese Singularität ist kein Randphänomen - sie ist ein zentrales Problem. Denn dort bricht die Allgemeine Relativitätstheorie zusammen.


Inzwischen gilt die Singularität in der Physik eher als Eingeständnis des Nichtwissens - ein Hinweis darauf, dass unser derzeitiges Verständnis von Raum und Zeit unter extremen Bedingungen nicht ausreicht. Ein Team vom IFPU (Institute for Fundamental Physics of the Universe) in Triest hat nun in einer Übersichtsstudie zwei alternative Schwarze-Loch-Modelle untersucht, die ohne Singularitäten auskommen.

Hic sunt leones

Nochmal hinschauen: Weg mit dem blinden Fleck

Das klassische Bild, das viele vor Augen haben, wenn von Schwarzen Löchern die Rede ist, geht auf die Schwarzschild-Lösung von Einsteins Feldgleichungen zurück: ein Objekt mit Ereignishorizont, hinter dem eine Singularität lauert. Doch genau dort versagen die bekannten physikalischen Gesetze - ein Zustand, den die Physik eigentlich nicht akzeptieren kann. Alternative Modelle versuchen deshalb, diesen "blinden Fleck" durch quantenphysikalische Effekte zu entschärfen.

Der Artikel im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics beschreibt unter anderem sogenannte "reguläre Schwarze Löcher", die zwar einen Ereignishorizont besitzen, jedoch keine Singularität, sowie sogenannte "Mimicker", die ohne beide Eigenschaften auskommen. Letztere verhalten sich äußerlich ähnlich wie klassische Schwarze Löcher, unterscheiden sich jedoch in ihrer inneren Struktur.

So umgehen die alternativen Modelle die Singularität

Jetzt wird gesucht

Laut der Arbeit könnten Beobachtungen wie Gravitationswellen oder Bilder des Event Horizon Telescope künftig helfen, subtile Abweichungen vom Standardmodell nachzuweisen. So könnten z.B. feinere Strukturen in den Lichtbahnen um ein Mimicker-Objekt Hinweise liefern - etwa ungewöhnliche Photonenkreise. Auch thermische Strahlung eines Objekts ohne klassischen Horizont könnte auf neue Modelle hinweisen.

Das Papier entstand nicht durch eine einzelne Arbeitsgruppe, sondern als Ergebnis eines Workshops am IFPU, bei dem sich unterschiedliche Forschungsmeinungen zusammenfanden. "Mehr als ein klassisches Review", nennt es Mitautor Stefano Liberati: "Ein Produkt intensiver Diskussionen, bei denen sich manche Ansichten deutlich verschoben haben."

Es bleibt ein offener Forschungsraum, aber die Autoren sehen in der Verbindung aus quantenphysikalischen Ideen und astrophysikalischen Beobachtungen das Potenzial, einer Theorie der Quantengravitation näherzukommen - also einer Verbindung der beiden großen physikalischen Frameworks. Liberati fasst es so zusammen: "Wir betreten ein riesiges, unerforschtes Terrain."


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