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Neue Beweise enthüllen die Existenz atomgroßer ursprünglicher Schwarzlöcher

Mit einem winzigen Radius von nur 0,23 Nanometern.

Eine künstlerische Darstellung eines Quasars, der von einem Schwarzen Loch angetrieben wird. ESO/Wikimedia Commons

Seit den frühesten Zeiten wollten die Menschen die unvorhersehbarsten und beunruhigendsten Phänomene im Universum erklären. Obwohl das Studium der Astronomie in allen Zivilisationen eine Konstante war, sind astronomische Ereignisse „unvorhersehbarer“ Art, wie Kometen oderFinsternisse, galten als „Omen des Unglücks“ und/oder „Handlungen der Götter“.

Der Sturz des sächsischen Königs Harold II. im Jahr 1066, während der normannischen Invasion von Wilhelm dem Eroberer, war wird dem bösen Omen vom Durchgang eines Kometen zugeschrieben später „Halley“ getauft. Und während der Schlacht von Simancas Valladolid, Spanien zwischen den Truppen von León Ramiro II. und dem Kalifen Ad al-Rahman im Jahr 939 verursachte eine totale Sonnenfinsternis Panik unter den Truppen auf beidenSeiten, Verzögerung der Schlacht um mehrere Tage.

Wie hätten unsere Vorfahren dann auf die Existenz von Objekten – sogenannten Schwarzen Löchern – im Universum reagiert, die in der Lage sind, alles zu verschlucken, was in sie hineingefallen ist, einschließlich Licht?

Während die größten Schwarzen Löcher bereits entdeckt wurden und sogar fotografiert, es gibt jetzt auch gangbare Beweise – wie ich in meiner aktuellen Studie zeige – für winzige Schwarze Löcher von der Größe von Kaliumatomen mit einem Radius von etwa 0,23 Nanometer, entspricht 0,23 Milliardstel Meter.Diese atomaren Schwarzen Löcher wurden in den ersten Momenten des Urknalls gebildet und kann sogar umfassen die Gesamtheit der dunkle Materie des Universums.

Fotos machen

2019 eine Zusammenarbeit von acht Radioteleskopen in verschiedenen Teilen der Weltkonnte das erste Foto eines gigantischen Schwarzen Lochs machen 6,5 Milliarden Mal schwerer als unsere Sonne. Es befindet sich etwa 55 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ein Lichtjahr, das einer Entfernung von etwa 9,5 Billionen Kilometern entspricht im Zentrum der Messier-87-Galaxie.

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Die Kursivschrift des WortesFoto ist kein Zufall: Wie kann ein Objekt fotografiert werden, das Licht einfängt und daher von Kameras, die Licht verwenden, um ein Bild zu erzeugen, nicht gesehen werden könnte? Die Antwort ist einfach: Wir beobachten nicht dieObjekt selbst, sondern die Überreste von Sternen, die von diesen Schwarzen Löchern verschluckt werden.

Diese Sternmaterie rotiert mit enormen Geschwindigkeiten um das Schwarze Loch und ihre Helligkeit kann gemessen werden, wenn sie Temperaturen in der Größenordnung von einer Million Grad Celsius erreicht. Die Materiescheibe, die das Schwarze Loch umgibt, wird „Akkretionsscheibe“ genannt und istals Rand des Schwarzen Lochs betrachtet – wenn es einmal passiert ist, kann nichts mehr entkommen, so etwas nennen wir ein Ereignishorizont.

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Bild eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87. Quelle: EHT-Kollaboration

Im Bild oben sieht man die Akkretionsscheibe und den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs in M87.

Ursprüngliche Schwarze Löcher

Wesentliche Teile der Schwarzen Löcher im Universum wurden durch den Gravitationskollaps von Sternen gebildet, die in ihrer Endphase ihren gesamten Brennstoff verbrauchen: Diese werden „stellare Schwarze Löcher“ genannt. Nicht alle Sterne werden am Ende ihrer Zeit zu Schwarzen LöchernLebenszeit; wannder Kern eines Sterns ist kleiner als zwei oder drei Sonnenmassen, ein stellares Schwarzes Loch kann nicht erzeugt werden.

Das heißt, es gibt eine minimale Sternmasse, unter der ein Stern nicht in ein Schwarzes Loch kollabieren kann. Zum Beispiel wird sich unsere Sonne am Ende ihres Lebens nie in ein Schwarzes Loch verwandeln, aber andere massereiche Sterne wie der rote Überriese Beteigeuze wird unweigerlich zu schwarzen Löchern.

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Es gibt auch andere Schwarze Löcher, die „primitive“ oder „primordiale“ Schwarze Löcher genannt werden, die – wie der Name schon sagt – in den ersten Momenten des Urknalls, als das Universum begann, entstanden sind und theoretisch jede beliebige Masse besitzen können.Ihre Größe kann von einem subatomaren Teilchen bis zu mehreren hundert Kilometern reichen.

Und wenn es um Schwarze Löcher geht, emittieren supermassive schwarze Löcher praktisch keine Strahlung, während die kleinsten die meiste Strahlung emittieren. Aber wie ist dieses Phänomen möglich: supermassive Schwarze Löcher, die praktisch keine Strahlung emittieren und alles einfangen, sogar Licht?

Die Antwort gab der Physiker Stephen Hawking Mitte der 1970er Jahre. Er postulierte, dass die Quanteneffekte in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs die Emission von Teilchen erzeugen könnten, die daraus entweichen könnten. Das heißt, Schwarze Löcher, die dies nicht tunMasse auf andere Weise gewinnen wirdverlieren nach und nach ihre Masse und verdampfen schließlich.

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Stephen Hawking sagte voraus, dass Schwarze Löcher je nach ihrer Masse Strahlung aussenden könnten. Quelle: ESA

Diese Hawking-Strahlung ist bei massearmen Schwarzen Löchern offensichtlicher: die Verdampfungszeit eines supermassiven Schwarzen Lochs mit Millionen Sonnenmasseist 36x10 hoch 91 Sekunden viel länger als die aktuelles Alter des Universums.

Andererseits ein Schwarzes Loch mit einer Masse, die einem 1.000-Tonnen-Schiff entsprichtwürde in etwa 46 Sekunden verdampfen.

In den letzten Stadien der Verdampfung eines Schwarzen Lochs würden sie explodieren und eine riesige Menge an Gammastrahlen erzeugen eine Strahlung, die noch intensiver ist als Röntgenstrahlen.

Einfangen eines ursprünglichen Schwarzen Lochs von atomarer Größe

Wie können also Löcher in atomarer Größe nachgewiesen werden, bevor sie vollständig verdampfen?

In der aktuellen Studie von atomaren Schwarzen Löchern wird ein astrophysikalisches Szenario vorgeschlagen, in dem eines dieser winzigen Schwarzen Löcher von einem supermassiven eingefangen wird. Wenn sich das atomare Schwarze Loch dem Ereignishorizont des supermassiven nähert, der Bruchteil der Hawking-Strahlung, dervon der Erde entdeckt werden könnte, nimmt allmählich ab, bis sie die Größe eines Lichtstrahls erreicht.

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Die folgende Animation zeigt den obigen Vorgang genauer.

Der Einfang eines primordialen Schwarzen Lochs von atomarer Größe durch ein supermassives Schwarzes Loch.

Dieser Strahl ist mit Thermal kompatibelGammastrahlenausbrüche GRBs bereits an astronomischen Observatorien gemessen. Es sind diese GRBs, die einen experimentellen Beweis für solch winzige Schwarze Löcher darstellen, die ernsthafte Kandidaten für die dunkle Materie eines noch unerforschten und faszinierenden Universums sind.

Oscar del Barco Novillo, Profesor asociado en el área de ptica, Universidad de Murcia

Dieser Artikel wurde neu veröffentlicht von Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie die Originalartikel.

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