Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs. (vchal/iStock/Getty Images Plus) Das Universum ist zu schwer.
Nach unseren Messungen der normalen Materie im Universum gibt es bei weitem nicht genug davon, um die Stärke der Gravitationseffekte zu erklären, die wir beobachten können.
Was auch immer den Rest der Masse ausmacht, können wir nicht direkt erkennen, und die Suche herauszufinden, was es sein könnte, ist sowohl verwirrend als auch aufwändig.
Der Platzhalterbegriff für diese mysteriöse Masse ist „ Dunkle Materie ', und es gibt mehrere hypothetische Kandidaten. In einem neuen Papier werden jedoch neue Argumente für einen Kandidaten vorgebracht, der erstmals in den 1970er Jahren von vorgeschlagen wurde Stephen Hawking und Bernard Carr – ursprünglich Schwarze Löcher .
„Unsere Studie sagt voraus, wie das frühe Universum aussehen würde, wenn anstelle unbekannter Teilchen dunkle Materie aus Schwarzen Löchern bestehen würde, die sich während des Universums gebildet hätten Urknall – wie Stephen Hawking in den 1970er Jahren vorschlug,‘ sagt der Physiker Nico Cappelluti der University of Miami.
„Dies hätte mehrere wichtige Auswirkungen.“ Erstens bräuchten wir keine „neue Physik“, um dunkle Materie zu erklären. Darüber hinaus würde uns dies helfen, eine der zwingendsten Fragen der modernen Astrophysik zu beantworten: Wie konnten supermassereiche Schwarze Löcher im frühen Universum so schnell so groß werden?
„Angesichts der Mechanismen, die wir heute im modernen Universum beobachten, hätten sie nicht genug Zeit gehabt, sich zu bilden.“ Dies würde auch das seit langem bestehende Rätsel lösen, warum die Masse einer Galaxie so groß ist immer proportional zur Masse des Supermassereichen schwarzes Loch in seiner Mitte.'
Es gibt mehrere Gründe, warum Schwarze Löcher existieren nicht ein Spitzenkandidat für Dunkle Materie. Dennoch sind sie attraktiv (Wortspiel absolut beabsichtigt); Wie dunkle Materie strahlen diese ultradichten Objekte kein Licht aus, und wenn sie im Weltraum herumschweben und nichts fressen, sind sie sehr schwer zu entdecken; Sie können dies nur tun, indem Sie ihre Gravitationswirkung auf die umgebende Raumzeit beobachten.
Eines der Probleme, mit denen Physiker konfrontiert sind, ist die scheinbare Menge an Dunkler Materie. Nach unseren Berechnungen bestehen gerade einmal 15 Prozent der Materie im Universum aus normaler Materie. Die anderen 85 Prozent sind dunkle Materie.
Das ist mit Schwarzen Löchern äußerst schwierig nachzuholen. Unseren Modellen zufolge entstehen Schwarze Löcher mit Sternmasse aus massereichen Sternen, und es gibt einfach nicht genug massereiche Sterne, um auch nur annähernd so viele Schwarze Löcher zu erzeugen. Die meisten Sterne im Universum sind filigrane Rote Zwerge.
Ursprüngliche Schwarze Löcher sind jedoch eine andere Sache, weshalb sie in den letzten Jahren gesehen wurden so etwas wie eine Wiederbelebung Als ein Kandidat für Dunkle Materie . Wie der Name schon sagt, handelt es sich dabei um Schwarze Löcher, die sich aus Überdichten im Urplasma gebildet haben könnten, das das Universum unmittelbar nach dem Urknall füllte.
Diese Schwarzen Löcher könnten die „Samen“ sein, aus denen andere Schwarze Löcher wuchsen – aber andere könnten auch klein genug geblieben sein, um der Entdeckung zu entgehen.
Diese Erklärung könnte auch dazu beitragen, einige andere Rätsel zu erklären, beispielsweise wie supermassereiche Schwarze Löcher – ein Millionen- bis Milliardenfache der Sonnenmasse – so groß werden. Im Moment bereitet die Frage Kopfzerbrechen. Den Berechnungen des Teams zufolge könnten diese Giganten im frühen Universum durch die Verschmelzung mit anderen ursprünglichen Schwarzen Löchern und die Ansammlung von Gas und Sternen in der Nähe gewachsen sein.
„Ursprüngliche Schwarze Löcher, wenn sie existieren, könnten durchaus die Keime sein, aus denen alle supermassereichen Schwarzen Löcher entstehen, einschließlich des im Zentrum der Milchstraße.“ sagt der Astronom und Physiker Priyamvada Natarajan der Yale University.
„Was ich persönlich an dieser Idee super spannend finde, ist, wie sie die beiden wirklich herausfordernden Probleme, an denen ich arbeite – die Erforschung der Natur der Dunklen Materie und die Entstehung und das Wachstum von Schwarzen Löchern – auf elegante Weise vereint und auf einen Schlag löst.“ '
Ursprüngliche Schwarze Löcher könnten sogar zur Erklärung eines mysteriösen Überschusses an Infrarotstrahlung im Universum beitragen. Dem Team zufolge würden wachsende urzeitliche Schwarze Löcher die gleiche Infrarotsignatur erzeugen.
Während es sicherlich schön wäre, so viele Rätsel auf einen Schlag zu lösen, gibt es dennoch einige Fragen, die beantwortet werden müssten.
Beispielsweise wird entferntes Licht gebeugt, wenn es durch das Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs zu uns gelangt, und wir haben einfach nicht beobachtet, dass dies annähernd häufig genug geschieht, um alle Schwarzen Löcher zu erklären, die 85 Prozent der Materie im Schwarzen Loch ausmachen würden Universum.
Möglicherweise haben wir einfach nicht die richtigen Umfragen durchgeführt. Und das ist das Ziel der Arbeit des Teams: nicht zu beweisen, dass es urzeitliche Schwarze Löcher gibt, sondern einen Beweis für ihre Existenz zu liefern, damit wir herausfinden können, wonach wir suchen müssen.
Mit dem James Webb-Weltraumteleskop – hoffentlich Daumen drücken – bald erhältlich , vielleicht können wir einige Antworten bekommen.
„Wenn sich die ersten Sterne und Galaxien bereits im sogenannten ‚dunklen Zeitalter‘ gebildet haben, sollte Webb in der Lage sein, Beweise dafür zu sehen.“ sagt Astronom Günther Hasinger der Europäischen Weltraumorganisation.
Die Forschung wurde angenommen Das Astrophysikalische Journal und ist auf dem Preprint-Server verfügbar arXiv .