Rotierende schwarze Löcher könnten dazu führen, dass der Hyperraum endlich in Reichweite ist

Eines der am meisten geschätzten Science-Fiction-Szenarien ist die Verwendung eines Schwarzen Lochs als Portal für eine andere Dimension oder Zeit oder ein anderes Universum. Diese Fantasie kann der Realität näher kommen als zuvor angenommen.

Schwarze Löcher sind vielleicht die geheimnisvollsten Objekte im Universum. Sie sind die Folge der Schwerkraft, die einen sterbenden Stern unbegrenzt zermalmt, was zur Bildung einer echten Singularität führt. Dies geschieht, wenn ein ganzer Stern auf einen einzigen Punkt zusammengedrückt wird, wodurch ein Objekt mit unendlicher Dichte entsteht. Diese dichte und heiße Singularität sticht ein Loch in die Raumzeit selbst ein und eröffnet möglicherweise die Möglichkeit für Hyperraumreisen. Das heißt, eine kurze Zwischenraumzeit, die es ermöglicht, die Entfernungen der kosmischen Skala in kurzer Zeit zu durchlaufen.

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Die Forscher dachten zuvor, dass jedes Raumfahrzeug, das ein Schwarzes Loch als Portal dieses Typs zu nutzen versucht, mit der Natur am schlimmsten rechnen müsste. Die heiße und dichte Singularität würde bewirken, dass das Raumfahrzeug eine Sequenz von zunehmend unbequemem Dehnen und Quetschen der Gezeiten durchmacht, bevor es vollständig verdampft wird.

Fliegen durch ein schwarzes Loch

Mein Team an der University of Massachusetts Dartmouth und ein Kollege am Georgia Gwinnett College haben gezeigt, dass nicht alle schwarzen Löcher gleich sind. Wenn das Schwarze Loch wie Sagittarius A *, das sich im Zentrum unserer eigenen Galaxie befindet, groß und rotierend ist, ändert sich die Perspektive für ein Raumfahrzeug dramatisch. Das liegt daran, dass die Singularität, mit der ein Raumfahrzeug zu kämpfen hätte, sehr sanft ist und eine sehr friedliche Passage ermöglichen könnte.

Der Grund dafür ist, dass die relevante Singularität innerhalb eines rotierenden Schwarzen Lochs technisch „schwach“ ist und somit keine Objekte beschädigt, die damit interagieren. Diese Tatsache mag zunächst nicht eingängig erscheinen. Man kann es sich jedoch als analog zu der üblichen Erfahrung vorstellen, den Finger schnell durch die nahe 2.000-Grad-Flamme einer Kerze zu führen, ohne sich zu verbrennen.

Mein Kollege Lior Burko und ich untersuchen seit über zwei Jahrzehnten die Physik der Schwarzen Löcher. Im Jahr 2016 wurde mein Ph.D. Studentin Caroline Mallary, inspiriert von Christopher Nolans Blockbuster-Film Interstellar, um zu testen, ob Cooper (Matthew McConaugheys Charakter) seinen Fall tief in Gargantua überleben könnte - ein fiktives, supermassives, schnell rotierendes schwarzes Loch, etwa 100 Millionen Mal so viel wie unsere Sonne. Interstellar basiert auf einem Buch, das von dem mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Astrophysiker Kip Thorne und Gargantuas physischen Eigenschaften geschrieben wurde, die für die Handlung dieses Hollywood-Films von zentraler Bedeutung sind.

Mallary baute auf der Arbeit des Physikers Amos Ori zwei Jahrzehnte zuvor und bewaffnet mit ihren Computerkenntnissen ein Computermodell auf, das die wesentlichen physischen Effekte eines Raumfahrzeugs oder eines großen Objekts erfassen konnte, das in ein großes, rotierendes Schwarz fiel Loch wie Schütze A *.

Nicht einmal eine holprige Fahrt?

Sie entdeckte, dass unter allen Umständen ein Objekt, das in ein rotierendes schwarzes Loch fällt, keine unendlich großen Auswirkungen auf den Durchgang durch die sogenannte innere Horizont-Singularität des Lochs erfahren würde. Dies ist die Singularität, die ein Objekt, das in ein rotierendes schwarzes Loch eintritt, nicht herumfahren oder vermeiden kann. Unter den richtigen Umständen können diese Effekte auch vernachlässigbar klein sein, was einen bequemen Durchgang durch die Singularität ermöglicht. In der Tat kann es überhaupt keine spürbaren Auswirkungen auf das herabfallende Objekt geben. Dies erhöht die Möglichkeit, große, sich drehende Schwarze Löcher als Portale für die Hyperraumfahrt zu verwenden.

Mallary entdeckte auch ein Merkmal, das zuvor noch nicht vollständig gewürdigt wurde: Die Tatsache, dass die Auswirkungen der Singularität im Zusammenhang mit einem sich drehenden Schwarzen Loch zu schnell zunehmenden Dehnungs- und Quetschzyklen auf dem Raumfahrzeug führen würden. Bei sehr großen schwarzen Löchern wie Gargantua wäre die Stärke dieses Effekts jedoch sehr gering. Das Raumfahrzeug und alle Personen an Bord würden es also nicht erkennen.

Der entscheidende Punkt ist, dass diese Effekte nicht unbeschränkt zunehmen. Tatsächlich bleiben sie endlich, auch wenn die Belastung des Raumfahrzeugs auf unbestimmte Zeit zunimmt, wenn es sich dem Schwarzen Loch nähert.

Es gibt einige wichtige vereinfachende Annahmen und daraus resultierende Vorbehalte im Zusammenhang mit Mallarys Modell. Die Hauptannahme ist, dass das betrachtete Schwarze Loch vollständig isoliert ist und daher keiner ständigen Störung durch eine Quelle wie etwa ein anderer Stern in seiner Nähe oder auch keine fallende Strahlung ausgesetzt ist. Während diese Annahme wichtige Vereinfachungen zulässt, ist es erwähnenswert, dass die meisten Schwarzen Löcher von kosmischem Material umgeben sind - Staub, Gas und Strahlung.

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Daher ist es eine natürliche Erweiterung von Mallarys Arbeit, eine ähnliche Studie im Zusammenhang mit einem realistischeren astrophysikalischen Schwarzen Loch durchzuführen.

Mallarys Ansatz, mithilfe einer Computersimulation die Auswirkungen eines Schwarzen Lochs auf ein Objekt zu untersuchen, ist in der Physik der Schwarzen Löcher sehr verbreitet. Es ist unnötig zu erwähnen, dass wir noch nicht in der Lage sind, echte Experimente in oder in der Nähe von Schwarzen Löchern durchzuführen. Daher greifen die Wissenschaftler auf Theorie und Simulation zurück, um ein Verständnis zu entwickeln, indem sie Vorhersagen und neue Entdeckungen machen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Gaurav Khanna veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.