[ziesell]

Hypothese: Schwerkraft könnte ohne Masse bestehen

Ein Astro-Physiker hat die Hypothese von schalenartigen Schichten aus topologischen Defekten im Weltall aufgestellt. Sie könnten die dunkle Materie überflüssig machen.



Eine neue Studie legt nahe, dass die Schwerkraft auch ohne Masse existieren kann. Dadurch würde sich die Notwendigkeit einer der schwer fassbaren Substanzen in unserem Universum erübrigen: die dunkle Materie.

Dunkle Materie ist eine hypothetische, unsichtbare Masse, von der angenommen wird, dass sie 85 Prozent der Gesamtmasse des Universums ausmacht. Ursprünglich wurde sie entwickelt, um den Zusammenhalt von Galaxien bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten zu erklären. Bislang konnte sie nicht direkt beobachtet werden.

Astrophysiker schlägt neue Hypothese vor

Der Astrophysiker Richard Lieu von der University of Alabama in Huntsville schlägt vor, dass das Universum keine dunkle Materie enthält. Stattdessen würden dünne, schalenartige Schichten aus topologischen Defekten (Phänomene, die immer mit der spontanen Brechung einer Symmetrie zusammenhängen), die die Schwerkraft ohne darunterliegende Masse hervorrufen und Galaxien sowie andere Körper zusammenhalten.

Wie Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie von 1915 beschrieb, krümmt sich die Raumzeit um Materiebündel und Strahlungsströme im Universum in Abhängigkeit von deren Energie und Impuls. Die Masse eines Objekts ist also mit seiner Energie verknüpft, die die Raumzeit krümmt – die Schwerkraft scheint untrennbar mit der Masse verbunden zu sein.

In seinen Arbeiten machte sich Lieu daran, eine vereinfachte Version der Einstein'schen Feldgleichungen zu lösen, die eine endliche Gravitationskraft in Abwesenheit jeglicher nachweisbarer Masse ermöglicht.

Schalenförmige topologische Defekte

Die schalenförmigen topologischen Defekten können in sehr kompakten Raumregionen mit einer sehr hohen Materiedichte auftreten. Diese konzentrischen Schalen enthalten eine dünne Schicht positiver Masse, die in eine äußere Schicht negativer Masse eingebettet ist.

Die beiden Massen heben sich gegenseitig auf, dadurch ergibt die Gesamtmasse der beiden Schichten genau Null. Aber wenn ein Stern auf dieser Schale liegt, erfährt er eine große Gravitationskraft, die ihn in Richtung des Zentrums der Schale zieht. Die Schalen selbst sollen dabei masselos sein.

Und wie können die vorgeschlagenen Schalen durch Beobachtungen bestätigt oder widerlegt werden? "Die zunehmende Häufigkeit, mit der ring- und schalenförmige Galaxien im Universum gesichtet werden, spricht für die hier vorgeschlagene Art von Quelle", schreibt Lieu in seiner Arbeit. Allerdings räumt er ein, dass die von ihm vorgeschlagene Lösung "sehr suggestiv" sei und die Hypothese der dunklen Materie nicht allein widerlegen könne.

"Es könnte bestenfalls eine interessante mathematische Übung sein", schließt Lieu. "Aber es ist der erste [mathematische] Beweis, dass Gravitation ohne Masse existieren kann."

Zur Studie

Die Studie wurde am 14. Mai 2024 in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht: The binding of cosmological structures by massless topological defects (Die Bindung von kosmologischen Strukturen durch masselose topologische Defekte).

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