Grenzen für Theorien schwarzer Löcher

Schwarze Löcher lassen sich durch ihre Masse, ihren Spin und eine Vielzahl möglicher Ladungen beschreiben, die in unter­schied­lichen Theorien auftreten. Denn neben einer Beschreibung nach der allgemeinen Relativitäts­theorie lassen sich schwarze Löcher mit Theorien beschreiben, die sich aus der String-Theorie herleiten. Diese Art von Theorien nimmt ein zusätzliches skalares Feld an, das bei schwarzen Löchern zu beobachtbaren Veränderungen in ihrer Größe wie auch der Krümmung des Raums in ihrer Umgebung führt.

Prashant Kocherlakota und Luciano Rezzolla von der Uni Frankfurt haben jetzt erstmals überprüft, wie die verschiedenen Theorien zu den Beobachtungs­daten des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie Messier 87 passen. Das Bild von M87*, das 2019 vom welt­um­spannenden Event Horizon Telescope gemacht wurde, war nach der Messung von Gravitations­wellen 2015 der erste experi­men­telle Beweis für die tatsäch­liche Existenz von schwarzen Löchern.

Das Ergebnis der Analyse: Die Daten von M87* stimmen vollständig überein mit den auf Einstein basierenden Theorien und zu einem gewissen Teil mit den string­basierten Theorien. „Durch die von der EHT-Kollabo­ration aufge­zeichneten Daten können wir nun verschiedene Theorien zu schwarzen Löchern testen“, erklärt Kocher­lakota. „Derzeit können wir noch keine der Theorien zur Beschreibung des Schattens von M87* verwerfen, aber mit unseren Berechnungen schränken wir den Gültig­keits­raum der Modelle von schwarzen Löchern ein.“

„Die Idee eines schwarzen Lochs ist für uns theoretische Physiker gleich­zeitig eine Quelle von Problemen und der Inspiration“, betont Rezzolla. „Während wir immer noch mit einigen der Konsequenzen von schwarzen Löchern kämpfen wie zum Beispiel den Phänomenen Ereignis­horizont oder Singu­larität, freuen wir uns, wenn wir Lösungen zur Beschreibung von schwarzen Löchern in immer weiteren Theorien finden. Ergebnisse wie die jetzt von uns vorge­stellten sind daher wichtig, um zu bestimmen, welche Theorien plausibel sind und welche nicht. Neue Beobach­tungen schwarzer Löcher werden unsere ersten Ein­grenzungen der Theorien weiter präzisieren.“

GUF / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  P. Kocherlakota et al.: Constraints on black-hole charges with the 2017 EHT observations of M87*, Phys. Rev. D 103, 104047 (2021); DOI: 10.1103/PhysRevD.103.104047
• Institut für theoretische Physik, Goethe-Universität Frankfurt
• Event Horizon Telescope Collaboration

Weitere Beiträge

• Astrid Eichhorn, Ins Schwarze gesehen, Physik Journal, Juni 2019, S. 18 PDF