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Wenn zwei Wurmlöcher kollidieren, können sie Wellen in Raum-Zeit erzeugen, die sich von selbst abprallen lassen. Zukünftige Instrumente könnten diese gravitativen "Echos" erkennen, die den Beweis liefern, dass diese hypothetischen Tunnel durch Raum-Zeit tatsächlich existieren, schlägt ein neues Papier vor.

Das Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) hat bereits Raum-Zeit-Wellen, die Gravitationswellen genannt werden, die von sich verschmelzenden schwarzen Löchern ausgehen, entdeckt - Entdeckungen, die 2017 zum Nobelpreis führten.

Aber während LIGOs Erkennung nur eine von vielen Beobachtungen war, die die Existenz von Schwarzen Löchern unterstützten, stellen diese exotischen Objekte immer noch theoretische Probleme dar. Zum Beispiel scheinen sie den Gesetzen der Quantenmechanik zu widersprechen. Eine Möglichkeit, diese Probleme zu lösen, ist, wenn Schwarze Löcher tatsächlich Wurmlöcher sind.

Punkt ohne Wiederkehr

Eines der Hauptmerkmale von Schwarzen Löchern ist der Ereignishorizont, eine Region der Raumzeit, hinter der nichts entfliehen kann, nicht einmal Licht. Wenn Sie etwas in ein schwarzes Loch werfen, ist es für immer verloren - bis zu einem gewissen Grad. Stephen Hawking entdeckte, dass Schwarze Löcher aufgrund eines Phänomens, das als Quantentunneln bekannt ist, tatsächlich ein winziges bisschen Strahlung erzeugen könnten, die als Hawking-Strahlung bekannt werden würde. Über lange Zeit könnten schwarze Löcher aufgrund dieser Strahlung sogar verdampfen.

"Aber was herauskommt, ist zufällig", sagte Amber Stuver, ein Astrophysiker an der Villanova University in Pennsylvania, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war. Die Strahlung enthält keine Hinweise darauf, was in das Schwarze Loch gelangt ist. [Stephen Hawking: Eine Physik-Ikone in Fotos]

"Wenn man in der Quantenmechanik alles über ein bestimmtes System weiß, dann sollte man in der Lage sein, seine Vergangenheit und seine Zukunft zu beschreiben", sagte sie. Aber weil jede Information, die in ein Schwarzes Loch geht, für immer verloren ist, stimmt ein Ereignishorizont nicht mit der Quantenmechanik überein.

Um dieses sogenannte Schwarze-Loch-Informationsparadoxon zu lösen, haben einige Physiker vorgeschlagen, dass Ereignishorizonte nicht existieren. Anstelle von Abgründen, aus denen nichts zurückkehren kann, könnten Schwarze Löcher tatsächlich eine Ansammlung spekulativer Objekte mit schwarzem Loch sein, denen Ereignishorizonte fehlen, wie Bosonensterne, Gravastars, Fuzzballs und sogar Wurmlöcher, die von Albert Einstein und dem Physiker Nathan theoretisiert wurden Rosen vor Jahrzehnten.

Schwarze Loch-Doppelgänger

In einer Studie aus dem Jahr 2016 in der Fachzeitschrift Physical Review Letters stellten Physiker die Hypothese auf, dass zwei Kollisionen von Wurmlöchern Gravitationswellen erzeugen würden, die denen ähneln, die durch die Verschmelzung von Schwarzen Löchern entstehen. Der einzige Unterschied in dem Signal wäre in der letzten Phase des Zusammenschlusses, dem sogenannten Ringdown, wenn sich das neu kombinierte schwarze Loch oder Wurmloch in seinen endgültigen Zustand entspannt.

Da Wurmlöcher keine Ereignishorizonte haben, können Gravitationswellen, die diese Objekte treffen, zurückprallen und während des Herunterklingens ein Echo erzeugen.

"Das Innere des Objekts ist eine Art Hohlraum, in dem Gravitationswellen reflektiert werden", sagten die Forscher der neuen Studie in einer E-Mail an Live Science. "Die Erzeugung von Gravitationsechos unterscheidet sich nicht sehr von gewöhnlichen Echos in einem Tal."

In der im Januar in der Fachzeitschrift Physical Review D veröffentlichten Arbeit analysierte das Team von Physikern aus Belgien und Spanien drehende Wurmlöcher, die realistischer sind als die in 2016 untersuchte nicht drehende Sorte. Sie berechneten, wie das resultierende Gravitationswellensignal aussehen würde, wenn sich die Wurmlöcher vereinigen würden. [Die 18 größten ungelösten Mysterien in der Physik]

Da die Stärke des Signals während des Herunterklingens abfällt, wäre dieser Abschnitt des Signals zu schwach, um die aktuelle Konfiguration von LIGO zu erkennen. Aber das könnte sich in Zukunft ändern, da die Forscher das Instrument weiter verbessern und feinabstimmen, so die Forscher.

"Wenn wir mit voller Designsensitivität arbeiten, glaube ich, dass es möglich sein wird, die Ausklingphase, in der diese Echos vorhergesagt werden, zu lösen", sagte Stuver, der auch ein Mitglied des LIGO-Teams ist.

Dennoch sind Wurmlöcher weniger Science-Fiction als Science-Fiction, oft in Filmen und Büchern als intergalaktischen Highways verwendet. Damit Wurmlöcher jedoch durchquert werden können, benötigen Sie wahrscheinlich eine unbekannte exotische Materie, um sie offen zu halten. Letzten Dezember haben Physiker traversierbare Wurmlöcher gefunden, die keine exotische Materie benötigen, aber wie alle Wurmlöcher sind sie sehr spekulativ. "Andererseits wären die Auswirkungen einer Echoerkennung in der Physik von großer Bedeutung", schreiben die Forscher in einer E-Mail an Live Science. "In Anbetracht der Tatsache, dass bald ein experimenteller Test verfügbar sein wird, lohnt es sich, sie zu erforschen."

"Jetzt ist es an der Zeit, die Möglichkeit ernst zu nehmen, dass es andere Objekte gibt, die so massiv und kompakt sein können wie schwarze Löcher", sagte Vitor Cardoso, Physiker an der Universität von Lissabon in Portugal, der an der früheren Studie über Nichtspinnen beteiligt war Wurmlöcher. "Dies ist eines der aufregendsten Dinge, die wir mit Gravitationswellen machen können."