Home/Space & Raumfahrt/Haben wir bereits Wurmlöcher entdeckt, nur noch nicht erkannt?
Haben wir bereits Wurmlöcher entdeckt, nur noch nicht erkannt?
Andreas Müller
4 min
Archivbild: Die erste Abbildung eines Schwarzen Lochs bzw. der erhitzen Materiescheibe unmittelbar vor dem Ereignishorizont. Hier zu sehen das supermassereiche Schwarze Loch „M87*“ im Zentrum der Galaxie „Messier 87“. Sehr ähnlich könnte auch der Eingang eines Wurmlochs erscheinen. Copyright: Event Horizon Telescope (EHT Collaboration)
Sofia (Bulgarien) – Das Konzept eines Wurmlochs dürfte den meisten durch Science-Fiction-Serien wie Star Trek ein Begriff sein. Tatsächlich basiert die Vorstellung einer solchen Abkürzung durch den Raum (und Zeit) in der Physiktheorie. Entdeckt wurde bislang allerdings keines dieser Objekte. Eine aktuelle Studie bulgarischer Astronomen vermutet nun, dass wir bereits Wurmlöcher gefunden, sie allerdings noch nicht als solche erkannt haben könnten.
Wie das Team um Valentin Deliyski von der Universität Sofia aktuell im Fachjournal „Physical Review D.“ (DOI: 10.1103/PhysRevD.106.104024) berichtet, könnten Wurmlöcher für Betrachter ähnlich erscheinen wie Schwarze Löcher. Die Forschenden vermuten deshalb, dass wir bereits einige Wurmlöcher entdeckt, diese jedoch nicht als solche erkannt haben könnten, weil wir sie für Schwarze Löcher halten. Zugleich liefern die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aber auch erste Ansätze dafür, wie Wurmlöcher erkannt und von Schwarzen Löchern unterschieden werden könnten.
Hintergrund Wurmlöcher sind theoretische Gebilde, die sich aus speziellen Lösungen (Kruskal-Lösungen) der Feldgleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie ergeben. Erstmals wurden sie im Jahre 1916 von Ludwig Flamm sowie erneut im Jahre 1935 von Albert Einstein und Nathan Rosen beschrieben. Sie werden daher auch Einstein-Rosen-Brücke genannt. Der englische Begriff „Wormhole“ wurde 1957 von John Archibald Wheeler geprägt. Der Name Wurmloch stammt von der Analogie mit einem Wurm, der sich durch einen Apfel hindurchfrisst. Er verbindet damit zwei Seiten desselben Raumes (der Oberfläche) mit einem Tunnel. Das veranschaulicht das Merkmal der Kruskal-Lösungen, zwei Orte im Universum zu verbinden.
(Quelle: Wikipedia)
Grafische Darstellung des Konzepts eines Wurmlochs (Illu.) Copyright/Quelle: relativity.phys.uni-sofia.bg
Im Gegensatz zu sogenannten Schwarzen Löchern, deren Masse so gewaltig ist, dass ihrer Schwerkraft ab einer gewissen Grenze nicht einmal mehr das Licht entkommen kann, könnten – so die Einstein‘sche Theorie – statt solcher Schwerkraftgruben auch sozusagen Schwerkraft-Bergspitzen entstehen, die alles, was sich ihnen nähert von sich stoßen und sich im Gegensatz zu ihren dunklen Gegenstücken somit durch starke Teilchen- und Strahlungsströme verraten würden. Kämen nun die beiden Eigenschaften dieser Schwarzen und Weißen Löcher zusammen, so könnte die von einem Schwarzen Loch verbogenen Raum-Zeit die Gipfel zweier Weißen Löcher wie die besagte „Brücke“ miteinander verbinden. Eine solche Verbindung würde sich erwartungsgemäß über schier unvorstellbar weite Distanzen erstrecken, damit aber auch zeitgleich eine gewaltige Abkürzung dazwischen darstellen. Ebenfalls physik-theoretischen möglich wäre dann auch, dass Materie über bzw. durch diese Brücke wie in einem kosmischen Tunnel reisen, von einem zum anderen Ende reisen könnte, ohne an Information zu verlieren.
Um dieses Konzept zu untersuchen, haben Valentin Deliyski, Galin Gyulchev, Petya Nedkova, und Stoytcho Yazadjiev untersucht, wie die Eingänge einer solchen Brücke, also eines Wurmlochs astronomisch erscheinen würden, wenn sie mit irdischen Teleskopen wie beispielsweise dem „Event Horizon Telescope“ (EHT) beobachtet würden.
Simulation der Polarisation des Lichts rund um den Eingang eines simulierten Wurmlochs (farbig). Zum Vergleich dazu ist die eines Schwarzen Lochs durch die schwarze gestrichelte Linie dargestellt (Illu). Copyright/Quelle: Deliyski et al., Physical Review D, 2022
Hierzu haben die Forschenden ein vereinfachtes Modell eines solchen Wurmloch-Eingangs in auf der Grundlage dieser Simulationen kommen die Physiker und Physikerinnen zu dem Schluss, dass solche Teilchen strake elektromagnetische Felder erzeugen würden, die sich in vorhersagbaren Mustern verhalten und jegliches Licht, das von derart erhitzter Materie abgegeben würde, mit einer als solche klar erkenn- und unterscheidbaren Signatur polarisieren würde. (Auf ähnliche Weise erlaubt uns das Licht derartiger Materie, die Abbildung des Ereignishorizonts der Schwarzen Löcher in der Galaxie Messier 87, M87*, und unserer eigenen Milchstraße, …GreWi berichtete). Allerdings sei es zunächst schwer, diese Erscheinung eines Wurmlocheingangs von der eines Schwarzen Lochs zu unterscheiden. Vergleiche der Simulationen zeigten, dass sich der Eingang eines Wurmlochs nur zu 4 Prozent von dem Bild eines Schwarzen Lochs bzw. dessen final aufleuchtender Materiescheibe unterscheiden würde. Lediglich anhand des unterschiedlichen Durchmessers bei gleichen sonstigen Faktoren, könnte ein Hinweis darauf geben, dass es sich um ein (dann kleineres) Wurmloch handelt.
Vor diesem Hintergrund könnte etwa das Schwarze Loch „M87*“ im Zentrum von Messier 87 ebenso gut auch ein Wurmloch sein. Zugleich könnten sich Wurmlöcher auch in der Nähe von Schwarzen Löchern befinden, was eine Unterscheidung noch schwerer machen würde.
Dennoch zeigen sich die Forschenden zuversichtlich, dass eine Unterscheidung möglich wäre. So würden sich vermutlich einige spezielle Eigenschaften der beiden Objekte unterscheiden, wenn sie indirekt mittels einer sog. Gravitationslinse beobachtet werden.
Hintergrund
Als Gravitationslinseneffekt wird in der Astronomie die Ablenkung von Licht durch große Massen bezeichnet. Der Name rührt her von der Analogie zu optischen Linsen und der wirkenden Kraft Gravitation. Grundsätzlich wird dabei das Licht einer entfernten Quelle wie eines Sterns, einer Galaxie oder eines anderen astronomischen Objekts durch ein vom Betrachter gesehen davorliegendes Objekt, die Gravitationslinse beeinflusst.
Lichtstrahlen, die von einer Gravitationslinse abgelenkt werden, werden umso stärker zur Masse hin abgelenkt, je näher sie an der ablenkenden Masse vorbeilaufen. Eine Gravitationslinse konzentriert das Licht, das an der ablenkenden Masse vorbeiläuft, auf die Achse zwischen Objekt und Beobachter. In verschiedenen Abständen am Objekt vorbeilaufende Lichtstrahlen schneiden aber die Achse in verschiedenen Entfernungen. Infolgedessen kann eine Gravitationslinse im Sinne der abbildenden Optik kein reelles Bild erzeugen. Die stattdessen erzeugte Lichtverteilung ist eine Kaustik.
Im Gravitationsfeld der Gravitationslinse ändert sich die Ausbreitungsrichtung des Lichtes, sodass die Position der Quelle am Himmel verschoben erscheint. Auch kann ihr Bild dabei verstärkt, verzerrt oder sogar vervielfältigt werden. (…) Je nach Masse und Form (Massenverteilung) der beteiligten Objekte und ihrer Lage zueinander kann der Effekt unterschiedlich stark ausfallen, von spektakulär verzerrten Mehrfachbildern bis hin zu nur leichten Helligkeitsänderungen, sodass man vom starken Gravitationslinseneffekt, vom Schwachen Gravitationslinseneffekt und vom Mikrolinseneffekt spricht.
(Quelle: Wikipedia)
Zudem könnten wir ein Wurmloch auch als solches erkennen, wenn wir es im richtigen Winkel beobachten könnten – dann, wenn Licht den Eingang genau in unsere Blickrichtung durchqueren und so die beschriebene einzigartige Signatur aufzeigen würde. Zukünftige Analysen sollen nun weitere Wege untersuchen, wie Wurmlöcher auch auf anderen Wegen erkannt werden können.
Unterstützen Sie die tagliche journalistische Arbeit an GreWi
Wenn Sie GreWi unterstützen möchten, so können Sie dies am besten mit einem freiwiliigen GreWi-Unterstützer-Abo tun – und erhalten dafür auch noch themenbezogenen Gegenleistungen und nehmen an allen unseren Buch- und Filmverlosungen teil.
