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Ein Team von Physikern hat mathematisch ein exotisches Objekt gebaut, von dem sie glauben, dass es für Beobachter auf der Erde wie ein Schwarzes Loch aussehen könnte, tatsächlich aber ein Stern ist.
Der Stern ist ein topologisches Soliton: ein glattes, stabiles, wenn auch theoretisches Objekt. (Skyrmionen sind eine andere Art topologischer Solitonen.) In diesem Fall zeigt die ärgerlich komplizierte Mathematik, die dem hypothetischen Objekt zugrunde liegt, dass es den Raum wie ein schwarzes Loch verzerren würde, ein Objekt, dessen Gravitationsfeld so stark ist, dass nicht einmal Licht entweichen kann. Aber im Gegensatz zu einem Schwarzen Loch, so die Berechnungen des Teams, gibt das Soliton Streulicht ab, das tatsächlich sichtbar sein könnte.
„Sie entsprechen Gravitationsobjekten, die nicht durch gewöhnliche Materie, sondern durch reine Verformungen der Raumzeit selbst erzeugt werden“, sagte Pierre Heidmann, Physiker an der Johns Hopkins University und Hauptautor der Studie, in einer E-Mail an Gizmodo. „Sie verzerren das Deckblatt der Raumzeit, ohne Materie hinzuzufügen, sondern nutzen einfach die Freiheitsgrade der Raumzeit selbst.“
Heidmann sagte, dass das topologische Soliton eine „Gravitationslösung“ zu Gravitationstheorien sei, die daraus kämen Stringtheorie, die versucht, die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik zu vermählen, indem sie eindimensionale fadenähnliche Einheiten verwendet, die bekannten Teilchen entsprechen. Das Forschungspapier des Teams ist zur Veröffentlichung angenommen in der körperlichen Überprüfung D.
„Unsere Arbeit bestand darin, neuartige idealisierte Objekte aus der Stringtheorie zu entwickeln, die wie Schwarze Löcher aussehen können, es aber im Grunde nicht sind“, sagte der Co-Autor der Studie Ibrahima Bah, Physiker bei Johns Hopkins und Leiter aAutor von A Papier 2022 beschreibt den Soliton, in einer E-Mail an Gizmodo. „Dies ist wichtig, weil es uns ermöglicht, besser zu verstehen, wie wir jenseits von Schwarzen Löchern nach neuen Objekten suchen und diese testen können, die aus einer vollständigen Gravitationstheorie stammen könnten.“
Obwohl die Stringtheorie versucht, die Natur des Universums auf den kleinsten Skalen zu beschreiben, hat sie offensichtlich Auswirkungen auf die größten Objekte. (Betrachten Sie Neutronensterne, superdichte Objekte, die einige Physiker vermuten Fabriken für Axionenein erstklassiger Kandidat zu erklären Dunkle Materie.) Das massereiche Universum beinhaltet intensive Physik, die Auswirkungen auf das subatomare Universum hat und umgekehrt.
Das Team geht davon aus, dass Schwarze Löcher und diese theoretisierten Solitonen Licht auf ähnliche Weise streuen könnten. Aber im Gegensatz zu Schwarzen Löchern fehlt den Solitonen ein Ereignishorizont – die Region, die das Schwarze Loch umgibt, hinter der nichts entkommen kann. Als Ergebnis tritt Licht in das Soliton ein dürfen entkommt ihm, tut dies aber auf chaotische Weise.
Das Licht würde durch die starke Gravitationskraft des Objekts so verzerrt, dass es als „viel Unschärfe“ wahrgenommen würde. nach Heidemannausgelöst durch die Photonen, die wie Höllenfledermäuse um das Soliton herumpeitschen.
Das vom Objekt gestreute Licht wäre sehr schwach, was es schwierig (oder, da kein Teleskop ein solches Objekt beobachtet hat, unmöglich) zu sehen macht.
„Bosonensterne, Gravasterne usw. sind exotische kompakte Objekte, die von unten nach oben konstruiert wurden, indem exotische Felder zur allgemeinen Relativitätstheorie hinzugefügt wurden, die keinen genau definierten Ursprung haben“, sagte Heidmann. „Topologische Solitonen werden von oben nach unten konstruiert und haben eine klare Beschreibung und einen Ursprung in der Quantengravitation.“
Mit anderen Worten, das Team glaubt, dass die nie zuvor gesehenen Solitonen eine vernünftigere Wette für die aufstrebenden exotischen Objekte der Stringtheorie sind als zuvor theoretisierte Objekte.
Natürlich müssen wir, lange bevor Observatorien gebaut werden, die diese dunklen, schwarzen Löchern ähnlichen Objekte beobachten könnten, hier auf der Erde Fortschritte bei der Erforschung der Stringtheorie machen. Was einst als die unmittelbar bevorstehende Lösung von Einsteins angesehen wurde Suche nach der großen vereinheitlichten Theorie ist zu einem jahrzehntelangen langsamen Brennen geworden.
Spotting-Phänomene wie Supersymmetrie am Large Hadron Collider würde die Theorie untermauern, und Der LHC wird bald ein Upgrade erhalten. Aber wir überholen uns; Sonnen Sie sich vorerst in der trippigen Verwirrung, die dieses topologische Soliton ausmacht.
Mehr: 10 Jahre nach dem Higgs-Boson, was ist das nächste große Ding für die Physik?
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