97889 64456 72312 47532 85224 72311 99738 05314 18822 88877 83701 91188 72106 98803 83485 70762 67561 00923 55229 06479 57972 59061 74949 93171 14807 03728 86417 14924 55271 76483 09709 80826 48003 69756 41326 33857 90179 16007 50123 74390 32549 30315 44217 63317 75601 80709 41762 62320 18455 61834 28274 17965 11564 40730 97515 38882 00045 18375 34435 87730 65633 86354 42635 03181 37624 00288 29224 98754 64198 42645 13159 80277 57942 84214 09885 11406 37363 27238 16160 82824 82750 03902 45252 98749 86602 85405 74120 11069 70749 63642 54482 33973 81058 25338 11638 53184 38067 75862 58160 05931 81160 94118 63131 11678 37627 13358 15577 41533 20376 02073 54475 97260 40548 91470 84971 47067 00960 20371 54295 32383 70544 08125 72446 96640 07075 16165 30869 08344 20223 85830 11652 84248 58240 18720 83640 74865 63798 26432 11368 91553 98930 40390 63732 07578 52004 83379 91665 87295 27594 70342 33614 00445 56766 74846 32119 67664 51801 34739 44392 32414 80290 43295 50949 32938 59188 82226 64963 12065 07486 96473 17151 41690 05059 80565 72757 89563 68610 87113 78719 74762 26213 13426 23716 54025 70952 73308 30338 98371 80443 39662 15506 33308 53719 47268 57523 71539 98084 43052 68615 92226 35372 86296 82533 08533 12606 77475 19780 50069 42332 94775 84463 97795 86712 89454 36026 27730 87899 25252 69813 38682 Wenn der Urknall Miniatur-Schwarze Löcher geschaffen hat, wo sind sie dann? – MJRBJC

Die Jagd nach winzigen, erloschenen Schwarzen Löchern, Überresten des Urknalls, könnte bald intensiviert werden.

Als sich die Spur zu solch winzigen Schwarzen Löchern offenbar abgekühlt hatte, fand ein internationales Wissenschaftlerteam Hinweise in der Quantenphysik, die den Fall neu aufrollen könnten. Ein Grund dafür, dass die Suche nach diesen sogenannten ursprünglichen Schwarzen Löchern so dringend ist, liegt darin, dass sie als mögliche Kandidaten für Dunkle Materie vermutet werden.

Dunkle Materie macht 85 % der Masse des Universums aus, interagiert jedoch nicht mit Licht wie gewöhnliche Materie. Es ist die aus Atomen bestehende Materie, aus der Sterne, Planeten, Monde und unser Körper bestehen. Dunkle Materie interagiert jedoch mit der Schwerkraft, und dieser Einfluss kann beeinflussen „gewöhnliche Materie“ und Licht. Perfekt für kosmische Detektivarbeit.

Wenn es die durch den Urknall entstandenen Schwarzen Löcher tatsächlich gäbe, wären sie absolut winzig – manche könnten sogar nur einen Cent groß sein – und hätten daher Massen, die denen von Asteroiden oder Planeten entsprechen. Doch wie ihre größeren Gegenstücke, Schwarze Löcher mit Sternmasse, die Massen haben können, die das 10- bis 100-fache der Sonnenmasse betragen können, und supermassereiche Schwarze Löcher, deren Massen millionen- oder sogar milliardenfach so groß sein können wie die der Sonne, winzige Schwarze Löcher Die Sonne. Der Beginn der Zeit würde durch eine lichteinfangende Oberfläche begrenzt, die als „Ereignishorizont“ bezeichnet wird. Der Ereignishorizont verhindert, dass Schwarze Löcher Licht aussenden oder reflektieren, was winzige ursprüngliche Schwarze Löcher zu einem starken Kandidaten für Dunkle Materie macht. Sie mögen klein genug sein, um unbemerkt zu bleiben, aber kraftvoll genug, um den Raum zu beeindrucken.

Verwandt: Winzige Schwarze Löcher, die der Urknall hinterlassen hat, könnten Hauptverdächtige für Dunkle Materie sein

Das Wissenschaftlerteam – vom Research Center for the Early Universe (RESCEU) und dem Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU, WPI) an der Universität Tokio – wandte einen theoretischen Rahmen an, der die klassische Feldtheorie, Einsteins, kombinierte Spezielle Relativitätstheorie und Quantenmechanik zurück ins frühe Universum. Letzteres erklärt das Verhalten von Teilchen wie Elektronen und Quarks und führt zur sogenannten Quantenfeldtheorie (QFT).

Die Anwendung der QFT auf den entstehenden Kosmos führte das Team zu der Annahme, dass es im Universum weitaus weniger hypothetische ursprüngliche Schwarze Löcher gibt, als viele Modelle derzeit schätzen. Wenn ja, könnte dies, wie vermutet, urzeitliche Schwarze Löcher völlig ausschließen.

„Wir nennen sie urzeitliche Schwarze Löcher, und viele Forscher halten sie für gute Kandidaten für Dunkle Materie, aber es müsste viele davon geben, um dieser Theorie gerecht zu werden“, sagte Jason Kristiano, ein Doktorand an der Universität Tokio eine Pressemitteilung. „Sie sind auch aus anderen Gründen interessant, denn seit der jüngsten Innovation der Gravitationswellenastronomie wurden binäre Verschmelzungen Schwarzer Löcher entdeckt, was durch die Existenz einer großen Anzahl ursprünglicher Schwarzer Löcher erklärt werden kann.“

„Aber trotz dieser starken Gründe für ihre erwartete Häufigkeit haben wir keine direkten gesehen, und wir haben jetzt ein Modell, das erklären sollte, warum dies der Fall ist.“

Kehren Sie zum Urknall zurück und suchen Sie nach ursprünglichen Schwarzen Löchern

Die meisten gängigen kosmologischen Modelle gehen davon aus, dass das Universum vor etwa 13,8 Milliarden Jahren entstand, während einer anfänglichen Phase rascher Inflation: dem Urknall.

Nachdem bei dieser anfänglichen Expansion die ersten Teilchen im Universum aufgetaucht waren, wurde der Weltraum schließlich kalt genug, um Elektronen und Protonen zu ermöglichen, sich zu verbinden und die ersten Atome zu bilden. Dabei wurde das Element Wasserstoff geboren. Außerdem konnte sich Licht vor dieser Abkühlung nicht durch den Kosmos bewegen. Dies liegt daran, dass Elektronen Photonen, Lichtteilchen, endlos streuen. Daher war das Universum in diesen dunklen Zeitaltern im Wesentlichen undurchsichtig.

Ein Diagramm des expandierenden Universums, das zeigt, wann sich die ersten Sterne bildeten und wann die Erde entstand.

Ein Diagramm des expandierenden Universums, das zeigt, wann sich die ersten Sterne bildeten und wann die Erde entstand.

Sobald es den freien Elektronen jedoch gelang, sich an die Protonen zu binden und nicht mehr überall hin- und herzuspringen, konnte sich das Licht endlich frei bewegen. Nach diesem Ereignis, das als „letzte Diffusion“ bezeichnet wird, und während der folgenden Periode, die als „Reionisierungsepoche“ bekannt ist, wurde das Universum augenblicklich für Licht transparent. Das erste Licht, das damals durch das Universum schien, kann heute noch als ein im Wesentlichen gleichmäßiges Strahlungsfeld gesehen werden, ein universelles „Fossil“, das als kosmischer Mikrowellenhintergrund oder „CMB“ bezeichnet wird.

In der Zwischenzeit bildeten die erzeugten Wasserstoffatome die ersten Sterne, die ersten Galaxien und die ersten Galaxienhaufen. Und tatsächlich schienen einige Galaxien mehr Masse zu haben, als ihre sichtbaren Bestandteile ausmachen können, wobei dieser Überschuss auf nichts anderes als dunkle Materie zurückzuführen ist.

Eine ovale Form mit gelben und blauen Tropfen im Inneren.

Eine ovale Form mit gelben und blauen Tropfen im Inneren.

Während Schwarze Löcher mit stellarer Masse durch den Zusammenbruch und Tod massereicher Sterne entstehen und supermassive Schwarze Löcher durch die aufeinanderfolgende Verschmelzung kleinerer Schwarzer Löcher entstehen, sind ursprüngliche Schwarze Löcher älter als die Sterne – sie müssen also einen einzigartigen Ursprung haben.

Einige Wissenschaftler glauben, dass die Bedingungen im heißen, dichten frühen Universum so waren, dass kleinere Materiepakete unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren konnten, um diese winzigen Schwarzen Löcher entstehen zu lassen – mit Ereignishorizonten, die nicht größer als ein Zehncentstück oder vielleicht sogar noch kleiner waren als ein Proton, abhängig von ihrer Masse.

Das Team hinter dieser Forschung hat sich zuvor Modelle ursprünglicher Schwarzer Löcher im frühen Universum angesehen, diese Modelle stimmten jedoch nicht mit den CMB-Beobachtungen überein. Um Abhilfe zu schaffen, korrigierten Wissenschaftler die Haupttheorie zur Entstehung von Schwarzen Löchern. Korrekturen von QFT mitgeteilt.

Vier Kreise stellen unterschiedliche Größen von Schwarzen Löchern dar.

Vier Kreise stellen unterschiedliche Größen von Schwarzen Löchern dar.

„Am Anfang war das Universum unglaublich klein, viel kleiner als die Größe eines einzelnen Atoms. Die kosmische Inflation vergrößerte diese Dimension schnell um 25 Größenordnungen“, sagte Kavli IPMU und RESCEU-Direktor Jun’ ichi Yokoyama in der Pressemitteilung. „Damals könnten die Wellen, die diesen kleinen Raum passierten, relativ große Amplituden, aber sehr kurze Wellenlängen gehabt haben.“

Das Team entdeckte, dass diese winzigen, aber starken Wellen durch eine Verstärkung zu viel größeren und längeren Wellen werden können, als die, die Astronomen im heutigen CMB sehen. Das Team glaubt, dass diese Verstärkung das Ergebnis der Kohärenz zwischen den ersten Kurzwellen ist, die mit QFT erklärt werden kann.

„Während einzelne kurze Wellen relativ machtlos wären, hätten kohärente Gruppen die Macht, Wellen umzuformen, die viel größer sind als sie selbst“, sagte Yokoyama. „Dies ist ein seltener Fall, in dem eine Theorie von etwas auf einer extremen Skala etwas am anderen Ende der Skala zu erklären scheint.“

Ein Diagramm einer Welle mit den Farben des anderen CMB-Diagramms.  Die schwarzen Kreise zeigen an, wo während dieser Schwankungen schwarze Löcher entstehen können.

Ein Diagramm einer Welle mit den Farben des anderen CMB-Diagramms. Die schwarzen Kreise zeigen an, wo während dieser Schwankungen schwarze Löcher entstehen können.

Wenn die Theorie des Teams, dass frühe kleinräumige Fluktuationen im Universum zunehmen und großräumige Fluktuationen im CMB beeinflussen können, richtig ist, wird dies Auswirkungen darauf haben, wie sich Strukturen im Kosmos entwickelt haben. Die Messung von CMB-Fluktuationen könnte dazu beitragen, die Größe der ursprünglichen Fluktuationen im frühen Universum zu begrenzen. Dies wiederum schränkt Phänomene ein, die auf kürzeren Fluktuationen beruhen, wie etwa urzeitliche Schwarze Löcher.

„Es wird allgemein angenommen, dass der Zusammenbruch kurzer, aber starker Wellenlängen im frühen Universum die Entstehung ursprünglicher Schwarzer Löcher verursacht hat“, sagte Kristiano. „Unsere Studie legt nahe, dass es viel weniger ursprüngliche Schwarze Löcher geben sollte, als nötig wäre, wenn sie tatsächlich gute Kandidaten für Dunkle Materie oder Gravitationswellenereignisse wären.“

ÄHNLICHE BEITRÄGE

— Zum ersten Mal wurde dunkle Materie entdeckt, die im kosmischen Netz hängt

— Wie der Nachfolger des Large Hadron Collider nach dem dunklen Universum suchen wird

— Eine massereiche Galaxie ohne dunkle Materie ist ein kosmisches Rätsel

Ursprüngliche Schwarze Löcher gelten derzeit als reine Hypothese. Tatsächlich macht es die lichteinfangende Natur von Schwarzen Löchern mit stellarer Masse schwierig, selbst diese viel größeren Objekte zu sehen. Stellen Sie sich also vor, wie schwierig es wäre, ein Schwarzes Loch mit einem Ereignishorizont von der Größe einer Zehn-Cent-Münze zu entdecken.

Der Schlüssel zur Entdeckung ursprünglicher Schwarzer Löcher liegt möglicherweise nicht in der „traditionellen Astronomie“, sondern vielmehr in der Messung winziger Wellen in der Raumzeit, den sogenannten Gravitationswellen. Obwohl aktuelle Gravitationswellendetektoren nicht empfindlich genug sind, um Wellen in der Raumzeit zu erkennen, die durch Kollisionen ursprünglicher Schwarzer Löcher verursacht werden, werden zukünftige Projekte wie die Laser Interferometer Space Antenna (LISA) die Erkennung von Gravitationswellen im Weltraum ermöglichen. Dies könnte dazu beitragen, die Theorie des Teams zu bestätigen oder zu widerlegen, und Wissenschaftler näher an die Bestätigung bringen, ob urzeitliche Schwarze Löcher die Dunkle Materie erklären könnten.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch, 29. Mai, in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

ÄHNLICHE BEITRÄGE

— Zum ersten Mal wurde dunkle Materie entdeckt, die im kosmischen Netz hängt

— Wie der Nachfolger des Large Hadron Collider nach dem dunklen Universum suchen wird

— Eine massereiche Galaxie ohne dunkle Materie ist ein kosmisches Rätsel

ÄHNLICHE BEITRÄGE

— Zum ersten Mal wurde dunkle Materie entdeckt, die im kosmischen Netz hängt

— Wie der Nachfolger des Large Hadron Collider nach dem dunklen Universum suchen wird

— Eine massereiche Galaxie ohne dunkle Materie ist ein kosmisches Rätsel

By rb8jg

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Failed to fetch data from the URL.