Wie konnten die ersten Schwarzen Löcher unmittelbar nach dem Urknall entstehen, noch bevor die Sterne zündeten? Diese Frage kommt mit einer aktuellen Beobachtung wieder auf, die unser Verständnis des Universums verändern könnte.
Am 12. November zeichneten die Gravitationswellendetektoren LIGO und Virgo ein ganz besonderes Signal auf, das den Namen S251112cm erhielt. Die Analyse deutet darauf hin, dass es von der Verschmelzung zweier Objekte stammt, von denen eines eine geringere Masse als unsere Sonne besitzt. Eine solche Eigenschaft ist mit klassischen Schwarzen Löchern aus toten Sternen oder mit Neutronensternen nicht vereinbar, was das Ereignis extrem ungewöhnlich macht. Ein Physiker der Universität Durham sagte in den Spalten von
Science, es handele sich um eine bedeutende Entdeckung, da kein konventioneller astrophysikalischer Prozess sie erklären könne.
Primordiale Schwarze Löcher stellen eine Hypothese dar, um diese Art von Signal zu erklären. Im Gegensatz zu ihren stellaren Gegenstücken entstehen sie nicht aus dem Kollaps eines massereichen Sterns. Wissenschaftler vermuten, dass sie sich in den ersten heißen und dichten Sekunden nach dem Urknall gebildet haben könnten, ausgehend von Dichteschwankungen im primordialen Plasma. Ihre Masse könnte über einen weiten Bereich reichen, von einem winzigen Bruchteil der Masse einer Büroklammer bis hin zu hunderttausend Sonnenmassen, und damit den sogenannten "substellaren Massenbereich" abdecken.
Die Existenz dieser kompakten Objekte könnte tiefgreifende Implikationen haben, insbesondere für die Aufklärung der Natur der dunklen Materie (siehe Erklärung am Ende des Artikels). Diese unsichtbare Komponente würde etwa 85 % der Materie im Universum ausmachen, aber sie interagiert nicht mit Licht, was ihre direkte Untersuchung sehr schwierig macht. Primordiale Schwarze Löcher sind ein attraktiver Kandidat, da ihre Bildung im Rahmen der aktuellen kosmologischen Modelle möglich wäre, ohne neue grundlegende Physik jenseits des Standardmodells zu benötigen.
Doch die Entdeckung bleibt mit Vorsicht zu betrachten. Die Forscher des LIGO-Virgo-Projekts weisen darauf hin, dass die Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei diesem Signal um einen Fehlalarm aufgrund von Rauschen in den Instrumenten handelt, nicht vernachlässigbar ist, mit einer geschätzten Rate von etwa einem alle vier Jahre. Zudem ist die Lokalisierung der Quelle sehr ungenau, was die Suche nach einem zugehörigen Lichtsignal, das das Ereignis bestätigen könnte, erschwert.
Trotz dieser Unsicherheiten eröffnet diese Beobachtung einen neuen Forschungsweg. Wenn ähnliche Signale in Zukunft bestätigt würden, könnten sie den ersten direkten Beweis für die Existenz primordialer Schwarzer Löcher liefern. Diese Suche veranschaulicht die Fähigkeit von Gravitationswellen, kosmische Phänomene aufzudecken, die für traditionelle Teleskope völlig unsichtbar sind.
Dunkle Materie
Dunkle Materie ist eine hypothetische Form von Materie, die kein Licht emittiert, absorbiert oder reflektiert, was sie für klassische Teleskope unsichtbar macht. Ihre Existenz wird indirekt aus ihren gravitativen Effekten auf sichtbare Materie abgeleitet, wie der ungewöhnlich schnellen Rotation von Sternen um das Zentrum von Galaxien oder der Verzerrung des Lichts ferner Objekte, ein Phänomen, das als Gravitationslinseneffekt bezeichnet wird.
Schätzungen zufolge würde diese Komponente etwa 85 % der gesamten im Kosmos enthaltenen Materie ausmachen. Ohne sie könnten Galaxien nicht ihren Zusammenhalt bewahren und würden sich auflösen. Doch ihre fundamentale Natur bleibt eine der großen offenen Fragen der modernen Physik, da sie keinem bekannten Teilchen entspricht, das vom Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben wird.
Mehrere theoretische Kandidaten wurden vorgeschlagen, um die dunkle Materie zu erklären, von exotischen Teilchen wie WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) bis hin zu primordialen Schwarzen Löchern. Letztere haben den Vorteil, dass sie keine neue Physik jenseits der bekannten Gesetze der Gravitation und Kosmologie erfordern, was sie zu einer besonders theoretisch sparsamen Hypothese macht.
Die Forschung wird aktiv weiterverfolgt durch unterirdische Experimente, die seltene Wechselwirkungen einzufangen suchen, gezielte astronomische Beobachtungen und numerische Simulationen. Die Natur der dunklen Materie zu identifizieren, ist wesentlich, um die Bildung und Entwicklung von Strukturen im großen Maßstab im Universum vollständig zu verstehen, von Galaxienhaufen bis zu kosmischen Filamenten.
Quelle: Science