💥 Eine Explosion eines Schwarzen Lochs könnte in den nächsten Jahren beobachtet werden!
Primordiale Schwarze Löcher hingegen sind theoretische Objekte, die sich weniger als eine Sekunde nach dem Urknall aus extrem dichten Regionen des frühen Universums gebildet haben könnten. Im Gegensatz zu stellaren Schwarzen Löchern könnten sie viel leichter sein und sind alte Relikte aus einer Zeit, als das Universum hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand.
Während Schwarze Löcher allgemein dafür bekannt sind, alles in ihrer Umgebung zu verschlingen, haben Physiker lange theoretisiert, dass sie am Ende ihres Lebens durch einen Prozess namens Hawking-Strahlung explodieren. Bisher ging man davon aus, dass solche Explosionen nur alle 100.000 Jahre stattfinden. Neue Forschungen, die in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurden, deuten jedoch darauf hin, dass wir dieses außergewöhnliche Phänomen viel früher als erwartet beobachten könnten.
Laut Aidan Symons, einem Doktoranden der University of Massachusetts, besteht eine Wahrscheinlichkeit von bis zu 90 %, die Explosion eines Schwarzen Lochs in den nächsten zehn Jahren zu beobachten, da aktuelle Teleskope, sowohl im Weltraum als auch auf der Erde, bereits in der Lage sind, ein solches Ereignis zu erfassen. Die Schwarzen Löcher, die am wahrscheinlichsten explodieren, sind nicht die massereichen stellaren Überreste, die wir uns normalerweise vorstellen, sondern eher die primordialen Schwarzen Löcher.
Wie der Physiker Stephen Hawking 1970 demonstrierte, gilt: Je leichter ein Schwarzes Loch ist, desto heißer wird es und emittiert Teilchen über die Hawking-Strahlung. Primordiale Schwarze Löcher werden durch Verdampfung immer leichter und heißer und strahlen in einem unkontrollierten Prozess bis zur Explosion immer mehr Strahlung ab. Der Durchbruch des Forschungsteams gelang durch die Infragestellung langjähriger Annahmen über die elektrischen Eigenschaften Schwarzer Löcher.
Während standardmäßige Schwarze Löcher keine elektrische Ladung haben, untersuchte das Team, was passieren könnte, wenn sich primordiale Schwarze Löcher mit einer kleinen elektrischen Ladung bilden würden, die hypothetische schwere Teilchen namens "dunkle Elektronen" involviert. Ein "dunkles Elektron" wäre eine viel schwerere Version des traditionellen Elektrons, würde aber über "dunkle elektromagnetische Kräfte" anstelle des gewöhnlichen Elektromagnetismus interagieren.
Animation, die ein Schwarzes Loch zeigt, das einen Stern absorbiert.
In theoretischen Modellen, die als dunkle QED bezeichnet werden, würden diese Teilchen eine dunkle elektrische Ladung tragen und über dunkle Photonen interagieren, was das Verhalten der Materie um Schwarze Löcher herum beeinflussen könnte. Das Team postuliert, dass, wenn sich ein primordiales Schwarzes Loch mit einer kleinen dunklen elektrischen Ladung bildet, es vorübergehend stabilisiert werden sollte, bevor es schließlich explodiert.
Dieser Stabilisierungseffekt könnte die Wahrscheinlichkeit, solche Explosionen zu beobachten, erheblich erhöhen – von einmal alle 100.000 Jahre auf potenziell einmal pro Jahrzehnt. Eine Explosion eines Schwarzen Lochs wäre nicht nur ein spektakuläres Schauspiel; sie würde Wissenschaftlern einen Katalog aller existierenden subatomaren Teilchen liefern.
Dies würde nicht nur bereits entdeckte Teilchen wie Elektronen, Quarks und das Higgs-Boson umfassen, sondern auch noch nicht nachgewiesene Teilchen, vielleicht sogar dunkle Materie. Das Team betont, dass, obwohl es nicht garantiert, dass in diesem Jahrzehnt eine Explosion stattfinden wird, die hohe Wahrscheinlichkeit bedeutet, dass wir uns vorbereiten sollten.
Glücklicherweise ist unsere derzeitige Teleskoptechnologie bereits in der Lage, die verräterischen Anzeichen von Hawking-Strahlung eines explodierenden primordialen Schwarzen Lochs zu erfassen.
Hawking-Strahlung
Die Hawking-Strahlung ist ein theoretisches Phänomen, das von Stephen Hawking 1974 vorgeschlagen wurde und vorhersagt, dass Schwarze Löcher nicht vollständig schwarz sind, sondern aufgrund quantenmechanischer Effekte in der Nähe ihres Ereignishorizonts eine schwache Strahlung emittieren. Dieser Prozess führt zu einem Verlust von Energie und Masse des Schwarzen Lochs, was über extrem lange Zeiträume zu seiner allmählichen Verdampfung führt.
Für Schwarze Löcher mit stellarer Masse ist diese Strahlung vernachlässigbar, aber für leichtere Schwarze Löcher, wie primordiale Schwarze Löcher, wird sie signifikant und kann ihre Verdampfung beschleunigen. Die emittierte Strahlung besteht aus Teilchen und Antiteilchen, die spontan in der Nähe des Horizonts entstehen, wobei eines in das Schwarze Loch fällt und das andere entkommt.
Dieser Mechanismus ermöglicht es, das ultimative Schicksal Schwarzer Löcher zu verstehen und könnte Auswirkungen auf die Thermodynamik Schwarzer Löcher und die Informationstheorie haben. Obwohl noch nicht direkt beobachtet, wäre ihre Detektion eine wichtige Bestätigung der Quantenphysik und der allgemeinen Relativitätstheorie.
Primordiale Schwarze Löcher
Primordiale Schwarze Löcher sind hypothetische Objekte, die sich in den ersten Momenten des Universums, kurz nach dem Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren, gebildet haben könnten. Im Gegensatz zu stellaren Schwarzen Löchern stammen sie nicht aus dem Kollaps von Sternen, sondern aus Dichteschwankungen im frühen Universum, als die Materie extrem heiß und dicht war.
Ihre Masse könnte erheblich variieren, von Bruchteilen eines Gramms bis zu Tausenden von Sonnenmassen, was sie zu potenziellen Kandidaten für die Erklärung dunkler Materie oder anderer kosmologischer Phänomene macht. Ihre Bildung ist mit Prozessen wie der kosmischen Inflation oder Phasenübergängen im jungen Universum verbunden.
Falls sie existieren, könnten primordiale Schwarze Löcher durch ihre gravitativen Effekte, ihre Verdampfung via Hawking-Strahlung oder ihre Wechselwirkungen mit anderen Objekten nachgewiesen werden.