Die Faszination für Schwarze Löcher ist in der Wissenschaft ungebrochen – und jetzt gibt eine neue Untersuchung Hinweise darauf, dass unser Verständnis von ihrem Inneren möglicherweise lückenhaft ist. Wie Scitechdaily berichtet, könnten dadurch sogar klassische Modelle wie die Kerr-Lösung der Gleichungen von Einsteins Relativitätstheorie infrage gestellt werden.

Bisher lag der Fokus der Forschung hauptsächlich auf den äußeren Merkmalen und der Umgebung von Schwarzen Löchern, während die inneren Prozesse weitgehend unbekannt blieben. Um diesen verborgenen Bereich besser zu verstehen, hat sich ein internationales Team von Wissenschaftler:innen der Universität von Süddänemark, der Karls-Universität in Prag, der SISSA in Triest und der Victoria University of Wellington zusammengeschlossen. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen wurden am 1. November in der wissenschaftlichen Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Die Kerr-Lösung der Gleichungen von Einsteins Relativitätstheorie galt bislang als die genaueste Darstellung rotierender Schwarzer Löcher. Sie stellt ein Schwarzes Loch als einen Strudel in der Raumzeit dar, der durch zwei Horizonte gekennzeichnet ist. Es gibt einen äußeren Horizont, jenseits dessen sich nichts der Gravitationskraft entziehen kann, und einen inneren, der eine Ringsingularität umschließt – eine Zone, in der die Raumzeit, wie wir sie kennen, aufhört zu existieren. Dieses Modell stimmt mit Beobachtungen gut überein, da die Abweichungen von Einsteins Theorie außerhalb des Schwarzen Lochs durch Parameter der neuen Physik reguliert werden, die die Größe des Kerns bestimmen und sehr klein sein dürften.

Dass ein statischer innerer Horizont zu einer unendlichen Energieansammlung führt, war bereits bekannt. Die neue Studie zeigt nun jedoch, dass noch realistischere dynamische Schwarze Löcher innerhalb relativ kurzer Zeiträume starken Instabilitäten unterliegen. Diese Instabilität ist auf eine Ansammlung von Energie zurückzuführen, die im Laufe der Zeit exponentiell wächst. Irgendwann erreicht sie einen endlichen, aber dennoch extrem großen Wert, der die Struktur des Schwarzen Lochs erheblich beeinflussen und dadurch verändern kann.

Die endgültigen Folgen dieses dynamischen Prozesses sind noch unklar, doch die Forscher:innen vermuten, dass sich ein Schwarzes Loch in der Kerr-Geometrie nicht stabilisieren kann. „Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Kerr-Lösung Schwarze Löcher – entgegen früherer Annahmen – nicht korrekt beschreiben kann, zumindest nicht auf den typischen Zeitskalen ihrer Existenz“, erklärt Stefano Liberati, Professor an der SISSA und Mitautor der Studie.

Das Verständnis über den Einfluss dieser Instabilität ist für die Verbesserung der theoretischen Modelle des Inneren von Schwarzen Löchern und ihrer Beziehung zur Gesamtstruktur von entscheidender Bedeutung. Letztlich eröffnen die Studienergebnisse neue Perspektiven für die Erforschung Schwarzer Löcher und bieten die Möglichkeit, eine Lücke zwischen theoretischen Modellen und möglichen Beobachtungen in der Physik jenseits der Allgemeinen Relativitätstheorie zu schließen.