Was ist dunkle Materie? Wie erscheinen eigentlich supermassereiche Schwarze Löcher? Diese alte Frage kann durch ursprüngliche Schwarze Löcher beantwortet werden. Kosmologen aus Leiden und China haben einen neuen Weg gefunden, wie diese hypothetischen Objekte unmittelbar nach dem Urknall geboren werden können. Ihre Arbeit wurde in Physical Review Letters veröffentlicht.
Wissenschaftler sind mit großen Rätseln konfrontiert, um das Universum zu verstehen. Zum Beispiel bewegen sich Sterne in Galaxien, als hätten sie fünfmal mehr Masse als wir sehen. Was beinhaltet diese dunkle Materie? Es gibt noch ein weiteres Rätsel: Galaxien speisen riesige Schwarze Löcher in ihren Kernen, die Millionen von Sonnenmassen wiegen. In jungen Galaxien hätten kollabierende Sterne nicht genug Zeit gehabt, um sich so stark auszudehnen. Wie haben sich dann diese supermassiven Schwarzen Löcher gebildet?
Ursprüngliche Schwarze Löcher: die lang erwartete Antwort?
Kosmologen haben eine hypothetische Lösung gefunden, die eines von zwei Rätseln lösen würde. Ursprüngliche Schwarze Löcher, die kurz nach dem Urknall auftraten, können entweder winzig bleiben oder schnell an Masse gewinnen. Im ersten Fall sind sie für die Rolle der Dunklen Materie geeignet. Im zweiten Fall können sie Samen für supermassereiche Schwarze Löcher werden. Der Kosmologe Don-Gang Won von der Universität Leiden und seine chinesischen Kollegen Yi-Fu Kai, Ji Tong und Sheng-Feng Yang von der Universität China haben eine neue Art und Weise beschrieben, wie ursprüngliche Schwarze Löcher während des Urknalls auftreten könnten.
Nach dem Urknall enthielt das Universum Störungen mit geringer Dichte, die durch zufällige Quantenfluktuationen verursacht wurden. Sie sind groß genug, um Sterne und Galaxien zu bilden, aber zu klein, um selbst zu ursprünglichen schwarzen Löchern zu werden. Vaughn und seine Kollegen haben einen neuen Resonanzeffekt identifiziert, der ursprüngliche Schwarze Löcher ermöglicht, indem bestimmte Störungen selektiv verstärkt werden. Dies führt zu der Vorhersage, dass alle ursprünglichen Schwarzen Löcher ungefähr die gleiche Masse haben sollten. Die schmalen Peaks in der Figur zeigen den Bereich möglicher Massen aufgrund von Resonanz.
"Andere Berechnungen erhöhen den Groll anders, stoßen aber auf Probleme", sagt Vaughn. „Wir nutzen Resonanz während der Inflation, als das Universum kurz nach dem Urknall exponentiell wuchs. Unsere Berechnungen sind einfach genug, um damit zu arbeiten. In Wirklichkeit mag der Mechanismus komplizierter sein, aber dies ist zumindest der Anfang."
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Ilya Khel
