Primordiale Schwarze Löcher gehören seit Jahrzehnten zu den Lieblingshypothesen der Astronomie – das himmlische Äquivalent zu einem „vielleicht später“, das nie so richtig eintraf. Nun glauben Forscher der University of Miami, dass eine kürzliche Gravitationswellen-Detektion diese uralten Objekte endlich aus dem Reich der Theorie in die Kategorie „Ach, da hat sich also die dunkle Materie versteckt“ befördern könnte.
Primordiale Schwarze Löcher, für diejenigen, die mit der Frühgeschichte des Universums nicht vertraut sind, sollen sich im ersten Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall gebildet haben, lange bevor die ersten Sterne oder Galaxien auf die Reihe kamen. Anders als die Schwarzen Löcher, die durch kollabierende Sterne entstehen, könnten diese hypothetischen Objekte in der Größe von etwas so Kleinem wie einem Asteroiden bis zu viel größeren Körpern reichen – quasi der Dachbodenmüll des Universums.
Obwohl noch nie ein primordiales Schwarzes Loch bestätigt wurde, glauben Wissenschaftler, dass sie mehrere große Fragen über das Universum beantworten könnten. Eine der größten ist die Natur der dunklen Materie, der unsichtbaren Substanz, die etwa 85 Prozent aller Materie ausmacht und die Gravitationskraft liefert, die Galaxien zusammenhält. Also, wissen Sie, ziemlich wichtig.
„Wir glauben, dass unsere Studie dazu beitragen wird zu bestätigen, dass sie tatsächlich existieren“, sagte Nico Cappelluti, außerordentlicher Professor am Department of Physics der University of Miami, mit Bezug auf die Forschung, die er mit dem Doktoranden Alberto Magaraggia durchgeführt hat.
Ihre Arbeit baut auf einer möglichen Entdeckung des Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) auf, das Ende letzten Jahres ein ungewöhnliches Gravitationswellensignal detektierte. Gravitationswellen sind Wellen in der Raumzeit, die von einigen der gewalttätigsten Ereignisse des Universums erzeugt werden, darunter Kollisionen zwischen Schwarzen Löchern – quasi das kosmische Äquivalent dazu, einen Stein in einen Teich zu werfen, wenn der Stein ein Schwarzes Loch und der Teich das Gefüge der Realität wäre.
Die meisten bekannten Schwarzen Löcher entstehen, nachdem massereiche Sterne als Supernovas explodieren. Ihre Massen reichen typischerweise von einem Vielfachen der Sonnenmasse bis zu Milliarden Sonnenmassen. Aber im November gab LIGO eine automatische Warnung für eine Verschmelzung heraus, bei der mindestens ein Objekt weniger als eine Sonnenmasse zu haben schien. Ein so kleines Schwarzes Loch wäre durch konventionelle Sternentwicklung schwer zu erklären und könnte stattdessen auf ein primordiales Schwarzes Loch hinweisen – das astronomische Äquivalent dazu, einen Dinosaurierknochen im eigenen Hinterhof zu finden.
Nicht jeder ist überzeugt. Einige Astrophysiker haben angedeutet, dass das Signal einfach Rauschen in LIGOs extrem empfindlichen Detektoren sein könnte, anstatt der Beweis für eine bemerkenswerte neue Entdeckung. Denn manchmal ist ein Ausschlag eben nur ein Ausschlag.
Cappelluti und Magaraggia argumentieren, dass das detektierte Objekt am besten als ein primordiales Schwarzes Loch erklärt werden kann, das sich unter den dichten Bedingungen des frühen Universums bildete, lange bevor es Sterne gab. Um diese Idee zu testen, schätzten die Forscher, wie viele primordiale Schwarze Löcher es im Kosmos geben könnte und wie oft LIGO sie detektieren sollte. „Unsere Ergebnisse sind ermutigend“, sagte Magaraggia. „Wir sagen voraus, dass sub-solare Schwarze Löcher wie das, das LIGO möglicherweise beobachtet hat, tatsächlich selten sein sollten, was damit übereinstimmt, wie selten solche Ereignisse bisher gesehen wurden.“
Ihre im Astrophysical Journal veröffentlichten Ergebnisse deuten darauf hin, dass das mysteriöse LIGO-Signal keine konventionelle astrophysikalische Erklärung hat und am ehesten mit einem primordialen Schwarzen Loch vereinbar ist. Die Studie „legt nahe, dass die plausibelste Erklärung für das LIGO-Signal, dem jede konventionelle astrophysikalische Erklärung fehlt, die Detektion eines primordialen Schwarzen Lochs ist“, sagte Cappelluti. „Und unsere Forschung deutet darauf hin, dass diese primordialen Schwarzen Löcher einen signifikanten Teil, wenn nicht sogar die gesamte dunkle Materie ausmachen könnten.“
Trotzdem betonen beide Forscher, dass eine Detektion nicht ausreicht, um die Frage zu klären. Vorerst müssen Wissenschaftler abwarten, ob LIGO und seine internationalen Partner weitere Ereignisse aufzeichnen, die demselben Muster entsprechen. „LIGO hat etwas aufgeschnappt, das ein sehr starkes Indiz ist“