Schwarze Löcher können Klumpen dunkler Energie sein, sagen Astronomen
Ein Physikerpaar bietet einen neuen Blick auf das Konzept der Schwarzen Löcher.
Diese Wissenschaftler glauben, dass anstelle einer Singularität - einem unendlich dichten Punkt im Raum - in einem Schwarzen Loch ein Bündel dunkler Energie vorhanden sein könnte, eine mysteriöse Kraft, die die beschleunigte Ausdehnung des Raums verursacht.
"Wenn wir davon ausgehen, dass Schwarze Löcher keine Singularität enthalten, ist die beschleunigte Expansion des Universums eine natürliche Folge von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie (GR)", sagte Kevin Croker, Astrophysiker an der Universität von Hawaii in Manoa.
Crowker und sein Kollege beschreiben dieses ursprüngliche Konzept in einem Artikel, der online am 28. August im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde.
Die Forscher gelangten zu dieser Schlussfolgerung, indem sie die Friedmann-Gleichungen analysierten, die eine Vereinfachung des Gleichungssystems der allgemeinen Relativitätstheorie darstellen.
(Die GTR beschreibt die Verzerrung der Raum-Zeit durch die Einwirkung von Masse und Energie.) Das Crowker-Team stellte fest, dass für das korrekte Schreiben der Friedman-Gleichungen superdense und isolierte Regionen des Raums wie Neutronensterne oder Schwarze Löcher mathematisch genauso beschrieben werden sollten wie alle anderen Regionen.
Bisher hielten es Kosmologen für sinnvoll, die internen Details von überlagerten und isolierten Bereichen, wie den Inhalt eines Schwarzen Lochs, bei der Lösung von Gleichungen zu ignorieren.
Aufgrund der „korrekten“ Aufzeichnung und Lösung der Friedman-Gleichungen erhielten Crowker und seine Kollegen Objekte anstelle der „klassischen“ Schwarzen Löcher, die sie als „Generic Objects of Dark Energy“ (GEODEs) bezeichneten.
Laut der neuen Arbeit des Crowker-Teams, die am 7. September bei arxiv veröffentlicht wurde, können „Geoden“ auch dazu beitragen, Inkonsistenzen bei Gravitationswellenbeobachtungen aus dem Jahr 2016 zu erklären.
Bei der Lösung der Friedman-Gleichungen stellten Crowker et al. Fest, dass Geoden schließlich auch im vollständig leeren Raum an Masse zunehmen, ohne dass eng beieinander liegendes Material zur Absorption vorhanden ist.
Bei der Beobachtung der Gravitationswellen im Jahr 2016 waren die Wissenschaftler von den unerwarteten Massen der kollidierenden Schwarzen Löcher überrascht - Prognosen zufolge hätten sie entweder höher oder niedriger sein müssen. Die Erklärung für diese Diskrepanz, die auf der Crowker-Hypothese basiert, könnte darin bestehen, dass Geoden schneller Masse gewinnen als Schwarze Löcher.
Zum Zeitpunkt der Kollision waren ihre Massen also höher als die erwarteten Massenwerte der „klassischen“ Schwarzen Löcher, erklärten die Autoren.
Supermassive Schwarze Löcher wachsen und altern mit übergeordneten Galaxien
Die „besondere Beziehung“ zwischen dem Wachstum einer Galaxie und dem Wachstum eines supermassiven Schwarzen Lochs (MSCH) in seinem Zentrum wird nun als eine Verbindung erklärt, die während der Bildung einer Galaxie auftritt und während des Wachstums einer Galaxie und von MSCH aufrechterhalten wird, berichten Forscher der Yale University, USA.
Supermassive Schwarze Löcher befinden sich in den Zentren der meisten Galaxien des Universums - mysteriöse Objekte mit einem Gewicht von Millionen und Milliarden von Sonnenmassen, deren Schwerkraft so groß ist, dass selbst Licht die Grenzen eines Schwarzen Lochs nicht verlassen kann.
Wissenschaftler haben lange versucht, die Art der Beziehung zwischen dem Wachstum eines supermassiven Schwarzen Lochs und einer Muttergalaxie zu verstehen.
Nach einer der modernen Hypothesen hängt das Wachstum des SMPH enger mit der Geschwindigkeit der Sternentstehung und nach einer anderen Version mit der Masse der Muttergalaxie zusammen.
Neue Daten, die von einem Forscherteam um Priyamvada Natarajan von der Yale University erhalten wurden, sprechen für die erste dieser Hypothesen - wonach die Wachstumsrate eines Schwarzen Lochs enger mit der Sternentstehungsrate der Muttergalaxie zusammenhängt.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler herausgefunden, dass ein System aus einer Galaxie und einem SMPD sich selbst reguliert: Wenn die Wachstumsrate eines SMPD für die Muttergalaxie „zu hoch“ ist, verringert die Kombination von Faktoren, die es beeinflussen, diese Geschwindigkeit - und umgekehrt.
Um diese Ergebnisse zu erhalten, verwendeten Natarayan und seine Kollegen den kosmologischen Simulator Romulus, mit dem wir die Entwicklung einzelner Regionen des Universums von der Ära des Urknalls bis zur Gegenwart verfolgen können.
Mit diesem Modell kann man in hoher Auflösung das Wachstum von Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien verschiedener Klassen beobachten, angefangen von den massereichsten Galaxien in den Zentren von galaktischen Clustern bis hin zu Zwerggalaxien, die im Universum weiter verbreitet sind und sich häufig an der Peripherie von Clustern befinden.