Physiker der Goethe-Universität finden neue Lösung für Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie
Würde
es Gravasterne tatsächlich geben, sähen sie für einen weit entfernten
Beobachter ähnlich aus wie Schwarze Löcher. Zwei theoretische Physiker der
Goethe-Universität Frankfurt haben jetzt eine neue Lösung der Allgemeinen
Relativitätstheorie Albert Einsteins gefunden, derzufolge Gravasterne aufgebaut
sein könnten wie eine russische Matrjoschka-Puppe: Im Inneren eines Gravasterns
befände sich sein weiterer Gravastern.
FRANKFURT. Das Innere Schwarzer Löcher ist für die Wissenschaft eine harte Nuss: Der deutsche Physiker Karl Schwarzschild fand 1916 eine Lösung für die Gleichungen Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, derzufolge sich im Zentrum eines schwarzen Lochs eine sogenannte Singularität befindet, ein Punkt, an dem Raum und Zeit nicht mehr existieren. Alle physikalischen Gesetze, also auch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, habe dort keine Gültigkeit mehr, das Prinzip der Kausalität ist aufgehoben. Das ist ein großes Ärgernis für die Wissenschaft, denn jenseits des sogenannten Ereignishorizonts können keine Informationen aus einem Schwarzen Loch nach außen dringen. Wohl auch aus diesem Grund fand Schwarzschilds Lösung lange Zeit außerhalb der Theorie keine größere Beachtung, bis 1971 der erste Kandidat für ein Schwarzes Loch entdeckt, in den 2000er-Jahren das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße nachgewiesen und schließlich 2019 das erste Bild eines Schwarzen Lochs durch die Event Horizon Telescope Collaboration veröffentlicht wurde.
2001 schlugen die beiden Wissenschaftler Pawel Mazur und Emil
Mottola eine andere Lösung für Einsteins Feldgleichungen vor, die zu Objekten
führten, die sie Gravasterne nannten. Im Gegensatz zu Schwarzen Löchern haben
Gravasterne aus Sicht der theoretischen Astrophysik mehrere Vorteile: Einerseits
sind sie sind nahezu so kompakt wie Schwarze Löcher und besitzen ebenso wie
diese an ihrer Oberfläche eine Gravitationskraft, die praktisch so stark ist
wie die eines Schwarzen Lochs, sodass ihr nicht einmal Licht entkommen kann. Allerdings
haben sie keine Grenze, innerhalb der keine Art von Information nach außen
dringen kann, den so genannten Ereignishorizont, und in ihrem Inneren gibt es
keine Singularität. Vielmehr besitzen Gravasterne einen Kern aus exotischer –
dunkler – Energie, die den Gegendruck zur ungeheuren Gravitationskraft hält,
die den Stern zusammenpresst. Die Oberfläche von Gravasternen bildet eine hauchdünne
Haut aus gewöhnlicher Materie, deren Dicke gegen Null geht.
Die beiden theoretischen Physiker Daniel Jampolski und Prof.
Luciano Rezzolla haben jetzt eine Lösung der Feldgleichungen der Allgemeinen
Relativitätstheorie vorgestellt, die einen Gravastern im Innern eines weiteren Gravasterns
beschreibt. Diesem – hypothetischen – Himmelsobjekt haben sie den Namen
„Nestar“ gegeben (von englisch nested = verschachtelt).
Daniel Jampolski, der die Lösung in seiner durch Prof. Luciano
Rezzolla betreuten Bachelorarbeit fand, meint: „Der Nestar ist wie eine
russische Matrjoschka, und unsere Lösung der Feldgleichungen lässt auch eine
ganze Reihe von ineinander geschachtelten Gravasternen zu.“ Während der
Gravastern nach Mazur und Mottola eine nahezu unendlich dünne Haut aus normaler
Materie habe, hat der Nestar eine etwas dickere Materiehülle: „Man kann sich
etwas leichter vorstellen, dass es so etwas geben könnte.“
Luciano Rezzolla, Professor für theoretische Astrophysik an der Goethe-Universität,
erläutert: „Es ist toll, dass es auch 100 Jahre nach Schwarzschilds erster
Lösung der Einstein'schen Feldgleichungen aus der allgemeinen
Relativitätstheorie noch möglich ist, neue Lösungen zu finden. Das ist ein
bisschen so, wie wenn man in einer vermeintlich erschöpften Mine auf eine
Goldader stößt. Leider haben wir noch keine Vorstellung davon, wie solch ein
Gravastern entstehen könnte. Doch selbst wenn Nestare nicht existieren sollten,
hilft uns die Erforschung der mathematischen Eigenschaften dieser Lösungen
letztlich dabei, Schwarze Löcher besser zu verstehen.“
Publikation:
Daniel Jampolski, Luciano Rezzolla: Nested solutions of gravitational
condensate stars. Classical Quantum Gravity (2023) https://doi.org/10.1088/1361-6382/ad2317
Hintergrundinformation: Ligo entdeckte
Gravitationswellen von Schwarzen Löchern, nicht von Gravasternen (2016)
https://aktuelles.uni-frankfurt.de/forschung/entdeckte-ligo-schwarze-loecher-oder-gravasterne/
Bild zum Download:
https://www.uni-frankfurt.de/149345988
Bildtext: Ein Gravastern könnte
wie eine Matrjoschka-Puppe aussehen. Dies fanden Physiker der
Goethe-Universität Frankfurt heraus. Bild: Daniel Jampolski und Luciano
Rezzolla, Goethe-Universität
Redaktion: Dr. Markus Bernards, Referent für Wissenschaftskommunikation, Büro für PR & Kommunikation, Telefon 069 798-12498, Fax 069 798-763-12531, bernards@em.uni-frankfurt.de