Ein Physiker hat gelöst, wie Schwarze Löcher das Universum reflektieren

Und es könnte Wiederholungen von massiven Supernovas liefern.

Schwarzes Loch im Universum
Schwarzes Loch im Universum – Abstrakt

Wenn ein Schwarzes Loch zwischen uns und einer weit entfernten Galaxie vorbeizieht, kann es sein, dass die Galaxie in Ordnung ist, aber das Bild der Galaxie kann nicht entkommen.

Da Lichtstrahlen den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs mehrmals umkurven können, können entfernte Beobachter mehrere Versionen desselben Objekts sehen. Und während dies seit Jahrzehnten bekannt war, hat ein Physikstudent am Niels-Bohr-Institut den allerersten mathematischen Ausdruck erstellt, der adäquat modelliert, wie Schwarze Löcher Licht aus dem Universum reflektieren, so eine kürzlich in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlichte Studie.

Und diese Errungenschaft könnte den Wissenschaftlern eines Tages Wiederholungen von kolossalen Supernovas liefern.

Schwarze Löcher reflektieren das Universum auf seltsame Weise

Schwarze Löcher sind das Ergebnis massereicher Sterne, die zu einer Singularität mit immenser Gravitation kollabieren, die so stark ist, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Die Schwerkraft ist so immens, dass das Gefüge der Raumzeit selbst modifiziert, verformt und verändert wird, um seltsame Verhaltensweisen zu zeigen, je näher man dem Ereignishorizont kommt, wo sich der Raum so drastisch krümmen kann, dass Lichtstrahlen abgelenkt werden, manchmal so sehr, dass ein Lichtstrahl den Umfang des Schwarzen Lochs mehrfach durchqueren kann, bevor er entkommt. Wenn es das kann.

Das ist der Grund, warum wir beim Blick auf eine Galaxie (zum Beispiel) auf der gegenüberliegenden Seite eines Schwarzen Lochs mehrmals das gleiche Bild von ihr sehen können, wenn auch zunehmend verzerrt. Wenn eine ferne Galaxie leuchtet (wie immer), dann tut sie das in alle Richtungen. Aber wenn ein Teil dieses Lichts zu nahe an ein Schwarzes Loch herantritt und ein Teil des Lichts abgelenkt wird, kommt ein Teil des Lichts noch näher an das Loch heran und umkreist es einmal, bevor es in unsere Richtung hinausfliegt. Und wenn wir den Raum näher am Schwarzen Loch beobachten, gibt es immer mehr Versionen der Galaxie, je näher wir dem Ereignishorizont kommen. Dies ließ eine Frage in den Köpfen der Physiker zurück, nämlich: Wie viel näher muss man zum Schwarzen Loch schauen, bevor ein Bild der Galaxie durch ein anderes ersetzt wird? Nach früheren Studien von vor 40 Jahren ist es etwa 500-mal näher, auch bezeichnet über die „Exponentialfunktion von zwei pi“, ausgedrückt als e2π.

Schnell drehende Schwarze Löcher könnten für Wissenschaftler eine „Supernova-Wiederholung“ darstellen

Die Berechnung dieses Prozesses blieb jedoch bis vor kurzem zu kompliziert, so dass es ein Rätsel blieb, warum es genau dieser Faktor sein musste. Doch ein Masterstudent namens Albert Sneppen vom Cosmic Dawn Center hat den Wissenschaftlern die lang ersehnte Antwort gegeben. „Es hat etwas fantastisch Schönes, jetzt zu verstehen, warum sich die Bilder auf so elegante Weise wiederholen“, sagte Sneppen in einem Bericht von Phys.org. „Darüber hinaus bietet es neue Möglichkeiten, unser Verständnis von Gravitation und Schwarzen Löchern zu testen.“ Über das einfache intellektuelle Vergnügen hinaus, eine Theorie mit eleganter Mathematik zu beweisen, hilft uns diese Entwicklung auch, besser zu verstehen, wie Schwarze Löcher das Universum widerspiegeln. Und Sneppens neue Methode erlaubt eine Verallgemeinerung, die auf alle Arten von Schwarzen Löchern anwendbar ist.

„Es stellt sich heraus, dass man, wenn das [Schwarze Loch] wirklich schnell rotiert, nicht mehr um den Faktor 500 näher an das Schwarze Loch herankommen muss, sondern deutlich weniger“, erklärt Sneppen in dem Bericht. „In der Tat ist jedes Bild nur noch 50 oder 5 oder sogar nur noch 2 mal näher am Rand des Schwarzen Lochs.“ Mit anderen Worten: Je mehr ein Schwarzes Loch rotiert, desto mehr Platz gibt es für „zusätzliche“ Bilder eines kosmischen Hintergrundobjekts. Das bedeutet unter anderem, dass das Licht einer Hintergrund-Supernova in Gegenwart eines sich schnell drehenden Schwarzen Lochs immer wieder zu sehen sein könnte.