Die unter Physikern beliebte Gravitationstheorie ist auf die reale Welt kaum anwendbar. Zu diesem Schluss kamen die Astronomen, indem sie sich anschauten, was in unmittelbarer Nähe der Schwarzen Löcher passiert. Die Forscher schlugen auch einen neuen Weg vor, um Modelle von Schwarzen Löchern zu bauen. Ein Mitarbeiter der Ural Federal University, benannt nach dem ersten Präsidenten Russlands, B. N. Jelzin (UrFU) und ihre Kollegin von der Universität Tokio wurden in der Zeitschrift Classical and Quantum Gravity vorgestellt.
Heute glauben die meisten Wissenschaftler, dass Schwarze Löcher reale Objekte sind und nicht nur mathematische Lösungen für die Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie. Die moderne Physik hat jedoch viele Voraussetzungen für die Überarbeitung dieser Theorie geschaffen. Alle grundlegenden Wechselwirkungen, die der Wissenschaft bekannt sind, wurden mit Ausnahme der Schwerkraft bereits in "Quantensprache" beschrieben. Diese Inkonsistenzen deuten darauf hin, dass die Relativitätstheorie nur eine Annäherung an die endgültige Gravitationstheorie ist.
Eine der einfachsten Versionen einer solchen erweiterten Theorie ist die Annahme, dass die in die Gleichungen eintretende Gravitationskonstante keine Konstante ist, sondern ein Feld, das sich zeitlich und räumlich ändern kann. Wissenschaftler auf dem modernen Genauigkeitsniveau können dieses sich langsam ändernde Feld nicht messen und nehmen es daher nur als Konstante wahr. Wenn wir diese Hypothese akzeptieren, entsteht die Schwerkraft mit einem skalaren Feld (an jedem Punkt nur durch eine Zahl gegeben). So wurde die erste und einfachste Gravitationstheorie mit einem Skalarfeld, die Brans-Dicke-Theorie, formuliert. Heute ist die Klasse der Gravitationstheorien mit einem Skalarfeld sehr breit, und solche Theorien gelten als eine der vielversprechendsten Möglichkeiten, die allgemeine Relativitätstheorie zu erweitern.
In einer neuen Arbeit untersuchte Daria Tretyakova von der UrFU zusammen mit einer Kollegin von der Universität Tokio eine der Theorien dieser Klasse - das sogenannte Horndesky-Modell. Horndesky ist die allgemeinste Klasse von Gravitationstheorien mit einem Skalarfeld, in dem es keine Instabilitäten gibt, dh keine ungewöhnlichen Parameter der Materie (zum Beispiel negative oder imaginäre Masse).
Auf der kosmologischen Ebene (der Skala, auf der das Universum als ein einziges Untersuchungsobjekt betrachtet werden kann) haben sich Modelle dieser Klasse bewährt, die eine Symmetrie in Bezug auf die räumliche und zeitliche Verschiebung des Skalarfelds aufweisen und es ermöglichen, das schnell expandierende Universum zu beschreiben, ohne zusätzliche Theorien aufzurufen. Die Autoren beschlossen, diese Modelle strenger und vielseitiger zu testen. Astronomen untersuchten Horndeskys Modelle auf der astrophysikalischen Skala einzelner Weltraumobjekte und stellten fest, dass Schwarze Löcher in Modellen, die sich in der Kosmologie erfolgreich bewährt haben, instabil sind.
Diese Modelle eignen sich schlecht zur Beschreibung des realen Universums, da heute angenommen wird, dass Schwarze Löcher existieren und im Gegenteil ziemlich stabil sind. Die Situation ist jedoch behebbar: Wissenschaftler haben einen Weg vorgeschlagen, Horndesky-Modelle zu erstellen, um die Stabilität von Schwarzen Löchern im Rahmen solcher Theorien sicherzustellen. Nun planen die Autoren, die neu vorgeschlagenen Modelle Standardtests zu unterziehen: um die Angemessenheit auf kosmologischer und astrophysikalischer Ebene zu überprüfen.