Winzige Schwarze Löcher könnten heimlich Sterne in der Milchstraße zur Explosion bringen

Ein internationales Forschungsteam hat herausgefunden, dass primordiale Schwarze Löcher – diese hypothetischen Überreste aus den frühesten Augenblicken des Universums – Weiße Zwerge dazu bringen könnten, als Supernovae vom Typ Ia zu explodieren. Als ob der Kosmos genau das gebraucht hätte: mehr explodierende Dinge. Die im Astrophysical Journal veröffentlichte Studie legt außerdem nahe, dass diese ungewöhnlichen Explosionen helfen könnten, ein rätselhaftes chemisches Häufigkeitsmuster zu erklären, das bei Sternen in der Milchstraße beobachtet wird.

Primordiale Schwarze Löcher (PBH) sollen während der kosmischen Inflation entstanden sein, als die schnelle Expansion des Universums winzige Schwankungen in der Materieverteilung verstärkte. Sie werden seit langem als Kandidaten für Dunkle Materie vorgeschlagen, das unsichtbare Zeug, das angeblich etwa 90 % der gesamten Materie im Universum nach Masse ausmacht. Denn klar, warum nicht 'heimlich explodierende Sterne' zur Liste der Dinge hinzufügen, die Dunkle Materie tun könnte.

Hier ist der vorgeschlagene Mechanismus: Wenn primordiale Schwarze Löcher durch den Weltraum reisen, könnten sie gelegentlich einen Weißen Zwerg durchqueren – den dichten stellaren Überrest, der zurückbleibt, wenn ein massearmer Stern seinen Brennstoff aufgebraucht hat. Die Schwerkraft des Schwarzen Lochs würde im Inneren des Sterns starke Gezeitenkräfte erzeugen, ihn destabilisieren und ihn als Supernova vom Typ Ia (SNe Ia) explodieren lassen. Supernovae vom Typ Ia sind extrem helle Explosionen, von denen allgemein angenommen wird, dass sie auftreten, wenn ein Weißer Zwerg instabil wird und eine unkontrollierte thermonukleare Reaktion durchläuft. Aber wer braucht schon das 'allgemein angenommen', wenn man 'möglicherweise durch ein winziges Schwarzes Loch ausgelöst' haben kann?

Die Forschung wurde von Shing-Chi Leung geleitet, einem Assistenzprofessor am SUNY Polytechnic Institute und Gastwissenschaftler am Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums der Universität Tokio (Kavli IPMU). Zum Team gehörten auch der leitende Gastwissenschaftler am Kavli IPMU, Ken'ichi Nomoto, und der leitende Wissenschaftler am Kavli IPMU, Alexander Kusenko. Sie untersuchten Bewegung, Helligkeit und chemische Eigenschaften von Supernovae, die durch diesen vorgeschlagenen PBH-ausgelösten Explosionskanal erzeugt werden.

In einer früheren Arbeit aus dem Jahr 2025 zeigte das Team, dass PBH-ausgelöste Explosionen SNe Ia mit Eigenschaften erzeugen könnten, die denen aus Standardmodellen stark ähneln. Für die neue Studie verglichen sie ihre Modelle mit mehreren bekannten Supernova-Überresten (Tycho, Kepler, 3C 397), nahen Supernovae (z. B. SN 2011fe, SN 2012cg) und den chemischen Häufigkeiten von Milchstraßensternen. Ihre Ergebnisse zeigten, dass PBH-ausgelöste SNe Ia mehrere Eigenschaften reproduzieren könnten, die bei diesen Supernovae und ihren Überresten beobachtet werden.

Die Forscher untersuchten radioaktive Isotope wie Ni-56, Ni-57 und stabile Elemente wie Mn und Ni. Diese chemischen Signaturen ermöglichten es ihnen, die Massen und Metallizitäten der Sterne abzuschätzen, die die Explosionen erzeugten. Die Metallizität – die Menge an Metall, wenn der Stern entsteht, die darauf hinweist, wann der Stern im kosmischen Zeitalter geboren wurde – liefert Hinweise darauf, wann ein Stern entstand und unter welchen chemischen Bedingungen zu diesem Zeitpunkt in der Geschichte des Universums. (In der Astronomie sind 'Metalle' Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, weil Astronomen ihre eigenen Definitionen haben.)

Das Team nutzte auch Supernova-Modelle, um zu untersuchen, wie dieser Explosionsmechanismus zur chemischen Anreicherung der Galaxie beitragen könnte. Supernovae setzen neu gebildete Elemente in den Weltraum frei, wo sie später Teil neuer Sterne und Planeten werden können. Die Analyse deutete darauf hin, dass ein von Null verschiedener Anteil von PBH-ausgelösten SN Ia benötigt werden könnte, um den in Sternen in der gesamten Milchstraße beobachteten Trend der chemischen Häufigkeit zu erklären. Dies legt nahe, dass primordiale Schwarze Löcher die chemische Entwicklung unserer Galaxie durch die von ihnen ausgelösten Sternexplosionen beeinflusst haben könnten.

'Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass einige Supernovae, die wir am Himmel beobachten, das Ergebnis von PBHs sein könnten. Obwohl wir diese schwer fassbaren Objekte also nicht direkt beobachten können, hinterlassen sie viele interessante Hinweise in der Natur, um ihre Eigenschaften zu untersuchen', sagte Leung. Die Forscher planen, ihre Untersuchung auszuweiten, indem sie untersuchen, wie PBH-ausgelöste Supernovae zur Entstehung anderer Phänomene beitragen könnten.