Was wissen Sie über Dunkle Materie? Laut einer neuen Studie könnte dunkle Materie – eine mysteriöse Substanz, die eine Anziehungskraft hat, aber keine Strahlung aussendet – tatsächlich aus riesigen Ansammlungen von Uralten bestehen Schwarze Löcher, gebildet am Anfang des Universums.
Diese Schlussfolgerung basiert auf der Analyse von Gravitationswellen, die durch zwei entfernte Kollisionen zwischen Schwarzen Löchern und Neutronensternen verursacht werden.
Die Wellen mit den Bezeichnungen GW190425 und GW190814 wurden 2019 vom Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in Washington und Louisiana und vom Virgo Interferometer in der Nähe von Pisa, Italien, nachgewiesen. Frühere Analysen haben gezeigt, dass sie durch Kollisionen zwischen Schwarzen Löchern mit der 1,7- bis 2,6-fachen Masse unserer Sonne und einem möglicherweise viel kleineren Neutronenstern oder einem viel größeren Schwarzen Loch verursacht wurden. Aber das wäre eines der Objekte, die Astrophysiker nennen ein Schwarzes Loch mit Sonnenmasse, was anscheinend ungefähr der Masse der Sonne entspricht. Schwarze Löcher mit Sonnenmasse sind ziemlich mysteriös, weil sie von der traditionellen Astrophysik nicht erwartet werden, in der Sternexplosionen oder Supernovae größere Sterne in Schwarze Löcher verwandeln.
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Diese Schwarzen Löcher mit Sonnenmasse könnten "ursprüngliche" Schwarze Löcher sein, die im Urknall entstanden sind. Oder sie könnten sich später gebildet haben, als Neutronensterne in Schwarze Löcher umgewandelt wurden, entweder nachdem die ursprünglichen Schwarzen Löcher absorbiert wurden oder nachdem bestimmte mutmaßliche Arten dunkler Materie absorbiert wurden.
Erste Schwarze Löcher
Die urzeitlichen Schwarzen Löcher, sofern vorhanden, sind wahrscheinlich in der ersten Sekunde des Urknalls vor etwa 13,77 Milliarden Jahren in großen Mengen entstanden. Sie hätten alle Größen – die kleinsten wären mikroskopisch klein und die größten hätten das Zehntausendfache der Masse unserer Sonne.
Die Forscher wollten sehen, ob sie den Unterschied zwischen primordialen Schwarzen Löchern und Schwarzen Löchern erkennen können, die aus Neutronensternen entstanden sind, den flackernden Überresten von Supernovae, die zurückgelassen wurden, nachdem ihre Muttersterne explodiert waren, nachdem sie ihren gesamten Wasserstoff in Kernfusionsreaktionen verbraucht hatten.
Astrophysiker schätzen, dass Sterne mit einer Masse von etwa der fünffachen Masse der Sonne kollabieren und einen Neutronenstern aus superdichter Materie zurücklassen, der ungefähr die Masse unserer Sonne in einer Kugel von der Größe einer Stadt enthält.
Entsprechend dieser Theorie, würde die starke Schwerkraft mancher Neutronensterne ständig Teilchen der Dunklen Materie anziehen. Die neue Studie legt nahe, dass ihre Schwerkraft irgendwann so groß werden wird, dass der Neutronenstern und die Dunkle Materie zusammen zu einem Schwarzen Loch kollabieren.
Eine von der Studie vorgeschlagene Alternative ist, dass der Neutronenstern von einem kleinen ursprünglichen Schwarzen Loch angezogen und mit ihm verschmolzen sein könnte, das sich dann im Zentrum des Neutronensterns niedergelassen und sich von der umgebenden Materie ernährt hat, bis nur noch das Schwarze Loch übrig war.
Gravitationswellen
Die Wissenschaftler argumentierten, dass Schwarze Löcher, die von Neutronensternen umgewandelt wurden, der gleichen Massenverteilung der Neutronensterne folgen würden, aus denen sie stammen, was von der Größe ihrer Muttersterne abhängt. Vor diesem Hintergrund untersuchten sie die Daten von etwa 50 bisher durchgeführten Gravitationswellendetektionen und stellten fest, dass nur zwei – GW190425 und GW190814 – mit Objekten der richtigen Masse in Verbindung gebracht wurden, um ursprüngliche Schwarze Löcher zu sein.
Die Forschung ist nicht schlüssig: Es ist immer noch möglich, dass an den beiden Kollisionen Neutronensterne mit nachweisbaren Massen oder Schwarze Löcher beteiligt waren, die von Neutronensternen dieser Größe umgewandelt wurden. Aber die Autoren schreiben, dass die Massenverteilung von Neutronensternen, die vermutlich im Universum existieren, dies unwahrscheinlich macht.
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