Natuurkundigen hebben vreemde objecten uit de snaartheorie gesimuleerd om te bepalen hoe ze eruit zien – als ze echt bestaan, worden ze misschien voor een zwart gat aangezien.
Een vreemd kosmisch object dat door de snaartheorie wordt beschreven, zou je van veraf kunnen aanzien voor een gewoon zwart gat. Als deze objecten echt bestaan, kunnen ze een paradox over zwarte gaten oplossen.
Het object staat bekend als een topologisch soliton – een gebied waar de ruimtetijd zelf vervormt en een gat vormt waar licht in kan vallen, alsof het van een soort ruimtetijdheuvel naar beneden glijdt. In een tweedimensionale ruimtetijd zou dit object lijken op een donut die licht vasthoudt. De snaartheorie stelt echter dat er vele onzichtbare dimensies zijn, zodat de ware vorm van de topologische soliton niet volledig kan worden waargenomen in de drie ruimtelijke dimensies die wij ervaren.
Gaan we buitenaards leven ontdekken op ijsmanen?
De ruimtevaartorganisaties NASA en ESA spenderen momenteel miljarden aan missies naar de ijsmanen rond de planeten Jupiter en Saturnus.
Topologische solitonen
Hoewel zo’n structuur licht zou invangen, vergelijkbaar met hoe het in een zwart gat valt, zijn topologische solitonen niet volledig donker in het midden. Als ze echt zijn, zou een blik van dichtbij laten zien dat er licht rond hun centrum wervelt.
Zwarte gaten zijn moeilijk af te beelden omdat ze al het licht dat erin valt vangen, maar in 2019 produceerde de Event Horizon Telescope (EHT) een afbeelding van een zwart gat door licht en materie te detecteren die eromheen cirkelen. Theoretisch natuurkundige Ibrahima Bah van de Johns Hopkins Universiteit in Maryland en zijn collega’s vroegen zich af of andere ruimteobjecten soortgelijke beelden zouden kunnen produceren, en ze richtten zich op het topologische soliton.
‘We doen geen voorspellingen over de vraag of deze objecten in het heelal te vinden zijn. Het gaat ons alleen om de vraag of we het verschil zouden kunnen zien, als er inderdaad iets bestaat dat een zwart gat nabootst’, zegt Bah.
Interstellar
Hij en zijn collega’s modelleerden de banen van licht rond een topologisch soliton, en gebruikten visualisatietechnieken vergelijkbaar zijn met de technieken die gebruikt zijn om het zwarte gat in de film Interstellar te creëren. Dit leverde beelden op van topologische solitonen zoals ze eruit zouden zien als ze met meetinstrumenten zoals de EHT zouden worden gemaakt. Het onderzoek verschijnt binnenkort in het vakblad Physical Review D.
Theoretisch natuurkundige Emanuele Berti, ook verbonden aan de Johns Hopkins Universiteit, zegt dat deze beelden lieten zien dat licht dat in het gat van de topologische soliton viel, daarbinnen rond bleef kaatsen, zodat het centrum niet zo zwart was als dat van een conventioneel zwart gat. Er kon zelfs wat zwak licht ontsnappen, wat bij zwarte gaten onmogelijk is.
Theoretisch natuurkundige Nicholas Warner van de University of Southern California zegt dat het begrijpen van objecten als topologische solitonen kan helpen bij het oplossen van de informatieparadox van zwarte gaten. Zwarte gaten lijken de wetten van de quantummechanica te overtreden, door informatie over objecten die erin vallen te vernietigen.
Quantumzwaartekracht
Als signalen uit de ruimte die voorheen werden geïnterpreteerd als zwarte gaten in werkelijkheid afkomstig zijn van een topologisch soliton dat licht of informatie kan laten ontsnappen, dan zou de paradox irrelevant worden. Dit zou natuurkundigen inzicht geven in welk type quantumzwaartekracht-theorie het best werkt, aldus Warner.
In het algemeen geldt: als waarnemingen van de EHT of andere observatoria enige structuur binnenin zwarte gaten laten zien, zou dit erop kunnen wijzen dat ze meer lijken op objecten als topologische solitonen, wat ingrijpende gevolgen zou hebben, aldus theoretisch natuurkundige Steven Giddings van de Universiteit van Californië in Santa Barbara: ‘Dat zou een volledig nieuwe manier van denken in de fundamentele natuurkunde betekenen.’
