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Wednesday, February 1, 2023

Primordiale Schwarze Löcher sind NICHT die Dunkle Materie

voyager 1 im interstellaren raum

Dunkle Materie, das ist aktuell womöglich das größte Rätsel der Kosmologie. Bei der Dunklen Materie handelt es sich um eine rätselhafte Substanz, die es im Universum geben muss, um zusätzliche Gravitationskräfte zu erklären – aber sich einfach nicht finden lässt.

Alles, was Masse hat und unsichtbar ist, das ist Dunkle Materie. Der Begriff ist dazu angedacht, den Eindruck zu erwecken, wir wüssten, wovon wir sprechen. Maximales Selbstbewusstsein bei völliger Ahnungslogikeit. Theorien darüber, was Dunkle Materie eigentlich ist, gibt es viele. Einige Physikerìnnen gehen davon aus, dass die Dunkle Materie aus bisher unbekannten Teilchen, Staubwolken oder weißen Zwergen besteht. Doch der Fund neuer Elementarteilchen oder anderen potentiellen Massequellen blieb bis jetzt aus. Auch eine weitere vielversprechende Theorie ist nun wohl beerdigt.

Beim Urknall hätten laut Berechnungen eine Vielzahl an winzigen Schwarzen Löchern entstehen können. In den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall überstieg die Dichte des Universums die eines Atomkerns. In einigen Regionen hätten dort Schwarze Löcher entstehen können.

Sie wären extrem klein und hätten nur die Masse von Kometen oder Asteroiden. Ob diese Gebilde existieren und ob es sie tatsächlich in großer Zahl gibt, sodass sie die zusätzliche Masse erklären können, war bisher unklar. Doch wenn es die Objekte wirklich gäbe, dann müssten sie Spuren hinterlassen. Durch quantenmechanische Prozesse am Ereignishorizont wird die sogenannte Hawking-Strahlung freigesetzt – zumindest ist das die Vorhersage. Die Masse der Teilchen die freigesetzt werden, müsste für jede Größenklasse der Schwarzen Löchern charakteristisch sein.

Wenn es also winzige Schwarze Löcher in einer Anzahl gäbe, in der sie die zusätzliche Masse erklären könnten, müssten Teilchen gewisser Energie in großer Zahl durch das Universum schwirren. Diese Teilchen sind jedoch extrem schwer zu beobachten, von der Erde aus wäre es quasi unmöglich sie zu finden. Das riesige Magnetfeld der Sonne schirmt die Partikel ab.

Lediglich im interstellaren Raum, dem Raum zwischen den Sternen, wäre die Theorie überprüfbar. Da sich die Raumsonde Voyager 1 bereits so weit befindet, dass sie außerhalb direkten Einflussbereichs der Sonne liegt, suchte man mit der Sonde nach diesen Teilchen. Die Teilchen verlieren relativ schnell an Energie, sodass sie ab einer bestimmten Distanz nicht mehr aufgespürt werden können.

Daher suchte man nur den Umkreis von etwa 1.000 Lichtjahren ab und suchte nur nach solchen Energien, deren entsprechende Schwarze Löcher genug Masse hätten, um seit dem Urknall existieren zu können. Denn je kleiner ein Schwarzes Loch ist, desto schneller löst es sich auf.

Zwar detektierte Voyager 1 einige solcher Teilchen, doch das waren so wenige, dass die mikroskopischen Schwarzen Löcher aller höchstens ein Zehntel Prozent zur Dunklen Materie beitragen könnten – sollten sie denn überhaupt existieren. Die Suche ging ging leer aus. Genauso wie unser Vorrat an Theorien für die Dunkle Materie.

Denn so scheidet eine weitere vielversprechende Theorie mit hoher Wahrscheinlichkeit aus. Dem Standardmodell der Physik gehen die Theorien für die Dunkle Materie langsam aus. Doch bleiben wir positiv: Das schürt auch Hoffnung auf eine komplett neue Physik, in der es ganz neue Elementarteilchen oder sogar noch grundlegendere Bausteine gibt. Eine solche Theorie würde nicht nur das Problem der Dunklen Materie lösen, sondern auch noch ganz andere womöglich noch größere Probleme der modernen Physik.

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