gov-civil-vilareal.ptBesteht dunkle Materie aus winzig kleinen schwarzen Löchern aus einem anderen Universum? Naja…
>Ja, du wirst dich für diesen hinsetzen wollen. Es ist ein bisschen viel:
Es ist möglich dass dunkle Materie aus winzigen schwarzen Löchern besteht, die ganz am Anfang der Zeit durch Nukleation aus Blasen falschen Vakuums entstanden sind, die Babyuniversen mit sublunaren Materiemassen während einer verschwindend kurzen Periode kosmischer Hyperinflation geschaffen haben.
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Wenn ja, ein Team von Wissenschaftlern denkt , könnte dies mehrere nagende Rätsel über das Universum lösen, darunter dunkle Materie, Gravitationswellenquellen und eine seltsame Beobachtung der Andromeda-Galaxie.
Sehen? Das ist viel. Um es klar zu sagen, ich bin, gelinde gesagt, ziemlich skeptisch, aber es ist eine lustige Idee, die auf einer Reihe von lustigen Ideen basiert, also lassen Sie uns sie Stück für Stück angehen.
Kunstwerk, das ein Schwarzes Loch mit einer Akkretionsscheibe und darüber wirbelnden Magnetfeldern darstellt. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Die Art von Materie, die wir im Universum sehen – bestehend aus Elektronen, Neutronen, Protonen und anderen Teilchen – ist eigentlich in der Minderheit der Dinge da draußen . Der Großteil der Materie da draußen besteht aus etwas, das wir nicht sehen können; es strahlt buchstäblich kein Licht aus, Also nennen wir es dunkle Materie . Wir wissen, dass sie zum Beispiel existiert, weil sich Galaxien drehen und sich in Haufen bewegen. Es gibt auch noch einige weitere Beweise für seine Existenz.
Im Laufe der Jahrzehnte haben Astronomen so ziemlich alles eliminiert, was wir wissen, was dunkle Materie sein könnte. Abtrünnige Planeten, tote Sterne, seltsame Physik und so weiter. Auf der „Vielleicht“-Liste ist nicht mehr viel übrig, aber sie enthält exotische subatomare Teilchen wie Axionen und kleine Schwarze Löcher.
Ja, schwarze Löcher. Wir neigen zu der Vorstellung, dass diese Bestien mindestens die dreifache Masse der Sonne (die sich bildet, wenn massereiche Sterne explodieren) bis hin zu supermassereichen in den Zentren von Galaxien haben, die unseren lokalen Stern um einen Faktor von Milliarden überwiegen. Wir wissen, dass Dunkle Materie nicht diese Art von Schwarzen Löchern sein kann, weil ihre Schwerkraft Licht beeinflusst, das in ihrer Nähe vorbeikommt und seinen Weg biegt. Um die Menge an Dunkler Materie zu erklären, von der wir glauben, dass sie da draußen ist, müsste es so viele Schwarze Löcher geben, die wir inzwischen bemerkt hätten.
Normal Schwarze Löcher, das heißt (wie jedes von ihnen 'normal' ist). Es stellt sich heraus, dass es vielleicht noch eine andere Art gibt. Sie sind theoretisch und haben viel weniger Masse. Tatsächlich könnten einige so wenig Masse wie der Mond haben. Ein Schwarzes Loch dieser Masse wäre winzig, nur etwa 0,2 Millimeter breit! Das ist ungefähr die Dicke eines menschlichen Haares.
Niemand wurde jemals gesehen, aber sie wurden vermutlich ganz am Anfang des Universums erschaffen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie sie entstanden sein könnten, einschließlich des immensen Drucks, der erzeugt wurde, als das Universum noch einen Bruchteil einer Sekunde alt war und die gesamte Materie und Energie im gesamten Kosmos in einem Volumen kleiner als ein Sandkorn war. Weil sie sich damals gebildet hätten, heißen sie Urzeitliche Schwarze Löcher .
Fantasievolle Kunstwerke von Babyuniversen, die in den ersten Momenten der Existenz unseres eigenen Universums erscheinen und wachsen. Kredit: Kavli IPMU
Ein anderer Weg ist durch das sogenannte falsches Vakuum . Dieses Konzept ist ziemlich komplex, aber die Idee ist, dass jedes Objekt mit Energie dazu neigt, untere seine Energie. Deshalb kühlen Dinge beim Erhitzen ab oder fallen zu Boden, wenn sie losgelassen werden. Das Universum selbst hat Energie, und wir neigen zu der Annahme, dass sich das Vakuum des Weltraums im niedrigsten Energiezustand befindet, den es sein kann. Aber die Quantenmechanik postuliert, dass es einen niedrigeren Energiezustand gibt, in dem es sein kann echter Vakuumzustand , und was wir jetzt leben, ist ein falsches Vakuum.
Wenn ein Stück des Universums heute in den wahren Vakuumzustand kollabieren würde, würde diese Blase wachsen und schließlich das Universum verzehren. Das ist nicht gerade eine fröhliche Gute-Nacht-Geschichte, aber wenn Sie mehr lesen möchten, meine Freundin und Astrophysikerin Katie Mack hat einen Artikel darüber für das Cosmos Magazine geschrieben .
Wenn jedoch so etwas passierte, als das Universum nur den Bruchteil einer Sekunde alt war, würde die universelle Expansion das Wachstum einer solchen echten Vakuumblase übertreffen, und sie könnten nicht mithalten und alles zerstören. Es gab eine sehr kurze Periode, Inflation genannt, in der sich das Universum extrem schnell ausdehnte , schneller als die Lichtgeschwindigkeit, und wenn sich diese Blasen echten Vakuums während dieser Zeit gebildet haben (die übrigens 10-32Sekunden, also nicht lange) würden sie von unserem eigenen Universum abzweigen und es nicht zerstören.
Aus einer solchen Blase würdest du sehen ein völlig neues Universum geboren . Unser eigenes mag sich auf diese Weise gebildet haben. Aber von außen sieht man bei einer solchen Blase eine ganze Menge Masse, die auf ein winziges Volumen komprimiert ist: ein Schwarzes Loch.
In der neuen Studie , untersuchen die Autoren, wie das aussehen würde jetzt gegebenen Bedingungen im frühen Universum. Schwarze Löcher in einer Reihe von Massen wären entstanden, meist alle sehr klein.
Aber mögliche Mini-Schwarze Löcher haben viele Möglichkeiten. Die Autoren stellen beispielsweise fest, dass, wenn die Massen dieser urzeitlichen Schwarzen Löcher von etwa der eines kleinen Asteroiden bis etwa der des Mondes reichen (ungefähr 100 Billionen bis 1022Kilogramm) würde die Gesamtmasse dieser erzeugten Objekte der der gesamten Dunklen Materie im Universum entsprechen.
Eine Simulation, wie ein Schwarzes Loch mit einer umwirbelnden Gasscheibe aussehen würde, angesichts der bizarren Auswirkungen seiner heftigen Schwerkraft auf das Licht der Scheibe. Kredit: Goddard Space Flight Center der NASA/Jeremy Schnittman
Könnten wir sie entdecken? Wie ich schon sagte, biegen Schwarze Löcher das Licht, und ein Schwarzes Loch, das zwischen uns und einem weiter entfernten Stern vorbeigeht, würde das Sternenlicht beeinflussen und es auf messbare Weise verstärken. Wir nennen das Gravitationslinsen . Viele Linsenereignisse wurden beobachtet, normalerweise von fernen Sternen, die vor einem anderen Stern vorbeiziehen, oder von dem Licht einer ganzen Galaxie, das beim Durchgang durch einen massereichen Galaxienhaufen verzerrt wird. Von einem urzeitlichen Schwarzen Loch wurde jedoch nichts gesehen.
... vielleicht. Bei einer speziellen Untersuchung der nahegelegenen Andromeda-Galaxie wurde ein seltsames Mikrolinsen-Ereignis beobachtet, bei dem nach Sternen gesucht wurde, die in Übereinstimmung mit der Linsenwirkung aufzuhellen scheinen. Sie fanden nur einen Kandidaten, und dieser stimmte mit einem urzeitlichen Schwarzen Loch überein. In dieser Studie, die Astronomen, die die Beobachtung durchführen, nutzen dieses Ereignis, um ein breites Spektrum möglicher ursprünglicher Schwarzer Löcher auszuschließen, die dunkle Materie bilden könnten . Die Autoren der neuen Studie sagen jedoch, dass ihre Ergebnisse immer noch damit übereinstimmen, sodass dunkle Materie zumindest teilweise aus diesen kleinen Schwarzen Löchern besteht.
Der Lichtweg um ein Schwarzes Loch wird durch die Schwerkraft stark verzerrt. In diesem Diagramm befindet sich die Erde nach rechts und Licht von Material hinter dem Schwarzen Loch wird zu uns gebogen und hinterlässt ein Loch, wo sich das Schwarze Loch selbst befindet. Kredit: Nicolle R. Fuller/NSF
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Sie zeigen auch, dass es möglich ist, dass einige der größeren urzeitlichen Schwarzen Löcher „Saatmassen“ – Starter-Kits, wenn man so will – für die supermassiven Schwarzen Löcher, die wir heute in Galaxien sehen, bereitgestellt haben könnten, wobei die viel größeren aus den winzigen wachsen . Sie postulieren sogar, dass auf diese Weise Schwarze Löcher mit stellarer Masse hergestellt werden können, die einige bis ein paar Dutzend Sonnenmassen aufweisen, und nicht unbedingt aus Supernova-Ereignissen massereicher Sterne. Sie glauben, dass dies die Schwarzen Löcher sein könnten, die wir in den von LIGO beobachteten Ereignissen kollidieren und Gravitationswellen erzeugen.
Okay, da hast du es also. Es ist viel, sicher, aber es gibt eine größere Frage: Ist das richtig?
Naja, vielleicht. Es ist alles theoretisch, und es gibt viele Schritte von dem, was wir jetzt wissen, bis hin zu tatsächlichen kleinen schwarzen Löchern, die das Universum durchdringen und überall Geheimnisse schaffen. Für mich persönlich ist das viel zu schlucken. Ich bin immer skeptisch, wenn es darum geht, eine große Anzahl von Problemen zu lösen; Wir finden normalerweise, dass eine neue Art von Objekt oder Ereignis a . erklärt wenig Rätsel, die wir sehen, nicht alle. Etwas, das sich wie ein Skelettschlüssel verhält, verdient viel mehr Skepsis.
Ich überlasse es also den Experten, diese Idee zu unterstützen oder zu widerlegen. Aber so oder so, es ist interessant, und eine Sache, die ich daran mag, ist, wie clever es ist. Es macht mir Spaß zu sehen, wie Leute mit Ideen spielen, und in der Wissenschaft, insbesondere in der hochtheoretischen Wissenschaft, ist es eine gute Idee, diese Ideen zu veröffentlichen, damit andere Wissenschaftler daran herumstochern können. „Klug“ bedeutet nicht „richtig“, aber es kann helfen, andere Ideen einzuschränken oder zu Beobachtungen anregen, um die Hypothesen zu testen.
Die meisten Ideen erweisen sich als falsch, aber der Prozess, sie zu entwickeln und zu testen, hilft in beiden Fällen, die Wissenschaft und das Verständnis voranzubringen.
Plus? Es macht Spaß, darüber nachzudenken. Das ist ein wichtiger Grund, warum wir auch Wissenschaft betreiben.
