Im Durchschnitt fliegt alle zehn Jahre ein primordiales Schwarzes Loch am Sonnensystem vorbei.

Geschrieben von Gou Lijun

Schwarze Löcher sind, glaube ich, jedem bereits aus Filmen und Fernsehsendungen bekannt. Aber es gibt ein Schwarzes Loch, von dem Sie vielleicht noch nie gehört haben: das primordiale Schwarze Loch. Und diese Art von Schwarzem Loch könnte unser Sonnensystem durchschnittlich einmal alle zehn Jahre „besuchen“. Was ist ein primordiales Schwarzes Loch? Wird das Sonnensystem davon eingesaugt? Heute sprechen wir mit Ihnen über Schwarze Löcher.

Kürzlich wurde ein Artikel in Band D von „Physical Reviews“ veröffentlicht. Wenn die Dunkle Materie tatsächlich aus Mikro-Ur-Schwarzen Löchern besteht, dann würde theoretisch im Durchschnitt alle zehn Jahre ein Ur-Schwarzes Loch am Sonnensystem vorbeifliegen. Wir könnten ihre Anwesenheit feststellen, indem wir Schwankungen in der Umlaufbahn des Mars auf seiner Reise durch das Sonnensystem registrieren.

Wir sind im Allgemeinen mit stellaren Schwarzen Löchern vertraut, die den häufigsten Typ innerhalb der Familie Schwarzer Löcher darstellen. Sie entstehen durch den Kollaps von Sternen und ihre Masse beträgt normalerweise mehrere bis Dutzende Male die der Sonne. Schätzungsweise gibt es in unserer Galaxie Hunderte Millionen dieser Schwarzen Löcher. Stellare Schwarze Löcher entstehen, wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebens in einer Supernova explodiert und sein Kern kollabiert.

Ich hatte das Privileg, das berühmte Schwarze Loch Cygnus X-1 mit seiner stellaren Masse zu studieren. Cygnus X-1 ist das früheste uns bekannte bestätigte Schwarze Loch. Die Physiker Kip Thorne und Hawking haben einmal darüber gewettet, ob es sich um ein schwarzes Loch handelt. Heute wissen wir, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt, das mit einem massereichen Stern ein Doppelsternsystem bildet. Das Gravitationsfeld dieses Schwarzen Lochs ist stark genug, um Materie vom Begleitstern abzulösen und so eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch herum zu bilden.

Während der Studie haben wir die Entfernung und Masse von Cygnus X-1 sowie die Rotation des Schwarzen Lochs präzise gemessen. Eine wichtige Eigenschaft eines Schwarzen Lochs ist der Spin, der die Geschwindigkeit widerspiegelt, mit der sich das Schwarze Loch dreht. Durch die Analyse der von der Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch emittierten Röntgenstrahlung konnten wir die Rotationsgeschwindigkeit von Cygnus X-1 messen und das Geheimnis der „Rotation“ dieses Schwarzen Lochs lüften. Diese Studien vertiefen nicht nur unser Verständnis von Schwarzen Löchern mit Sternmasse, sondern bieten auch eine Referenz für die weitere Erforschung massereicherer Schwarzer Löcher.

Im Gegensatz zu stellaren Schwarzen Löchern entstehen primordiale Schwarze Löcher nicht durch Sternentwicklung. Ihre Ursprünge lassen sich bis zum Beginn des Universums zurückverfolgen. Im Augenblick nach dem Urknall kam es aufgrund von Quantenfluktuationen zu einem lokalen Gravitationskollaps, bei dem primordiale Schwarze Löcher entstanden.

Die Masse primordialer Schwarzer Löcher variiert stark und reicht von der Leichtigkeit eines Wasserstoffatoms (etwa 10^-24 Gramm) bis hin zu Hundertmillionen Sonnenmassen.

Bislang ist die Existenz primordialer Schwarzer Löcher noch eine Hypothese, doch immer mehr Wissenschaftler interessieren sich für die Untersuchung kleinerer primordialer Schwarzer Löcher, da diese Kandidaten für dunkle Materie sein könnten. Dunkle Materie macht den größten Teil der Masse des Universums aus, wurde jedoch nie direkt nachgewiesen. Im Vergleich zu normaler Materie sind primordiale Schwarze Löcher mit herkömmlichen Methoden schwer zu erkennen, da sie ein relativ geringes Volumen haben und es fast keine Kollisionen mit gewöhnlicher Materie gibt, die Wechselwirkungen hervorrufen könnten. Ihre Gravitationseffekte könnten jedoch Spuren davon hinterlassen.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler mehrere neue Methoden zur Entdeckung primordialer Schwarzer Löcher vorgeschlagen. Forscher haben beispielsweise vorgeschlagen, dass man durch genaue Messungen der Umlaufbahnen des Mars und anderer Planeten nach Spuren ursprünglicher Schwarzer Löcher suchen könnte. Wenn sich ein primordiales Schwarzes Loch einem Planeten nähert, kann seine starke Schwerkraft winzige Schwankungen in der Umlaufbahn des Planeten verursachen. Obwohl diese Schwingungen extrem klein sind, können sie von modernen, hochentwickelten astronomischen Instrumenten erfasst werden.

Darüber hinaus versuchen Wissenschaftler, die Existenz primordialer Schwarzer Löcher mithilfe globaler Navigationssatellitensysteme wie dem GPS-System nachzuweisen. Würde ein primordiales Schwarzes Loch mit der Masse eines kleinen Planeten die Erde in einer Entfernung von wenigen tausend Kilometern passieren, wären seine Auswirkungen auf die Umlaufbahn des Satelliten minimal, doch könnten diese Veränderungen durch über einen langen Zeitraum gesammelte Daten aufgezeichnet werden. Ähnliche Forschungsideen bieten neue Möglichkeiten zur Entdeckung primordialer Schwarzer Löcher.

Apropos ursprüngliche Schwarze Löcher: Das erinnert mich daran, dass ich einmal in dem kurzen Wissenschaftsfilm „Panda Legend – Kiss of Black Hole“ mitgewirkt habe, der vom China Science and Technology Museum produziert wurde. In die Handlung des Films wurden primordiale schwarze Löcher eingebaut. Der Film beschreibt einen schlauen Roten Panda, der zufällig ein primordiales Schwarzes Loch entdeckt, das sich mit extrem hoher Geschwindigkeit der Erde nähert. Glücklicherweise stellte dieses ursprüngliche Schwarze Loch keine wirkliche Bedrohung für die Erde dar, sondern verschwand lautlos im Universum wie ein „Geist“, der kurz vorbeischaute.

„Panda Legend“ ist nicht nur eine künstlerische Schöpfung, sondern auch meine Erforschung und Überlegungen zum wissenschaftlichen Konzept des ursprünglichen Schwarzen Lochs. Ich hoffe, dass durch diesen Kurzfilm mehr Menschen etwas über diesen geheimnisvollen Himmelskörper erfahren und dass ich auch die Neugier des Publikums auf die unbekannten Bereiche des Universums wecken kann.

Die Erforschung primordialer Schwarzer Löcher befindet sich noch immer in der Entwicklung. Da sich die Technologie zur astronomischen Beobachtung in Zukunft weiter verbessert, können wir ihre Existenz möglicherweise besser nachweisen. Ob durch die Erkennung von Gravitationswellen, die präzise Messung von Planetenbahnen oder die Analyse der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung – Wissenschaftler arbeiten mit Hochdruck daran, Spuren ursprünglicher Schwarzer Löcher zu finden. Sie könnten der Schlüssel zur Lösung des Rätsels der dunklen Materie sein oder wichtige Hinweise für unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung des Universums liefern.

Auf dem Weg zur Erforschung des Universums hat uns die Untersuchung primordialer Schwarzer Löcher zweifellos ein neues Fenster geöffnet. So wie Cygnus X-1 uns neue Erkenntnisse über Schwarze Löcher mit Sternmasse verschafft hat, wird die Untersuchung primordialer Schwarzer Löcher unser Verständnis des Universums weiter erweitern. Im endlosen Gebiet der Wissenschaft ist jede Entdeckung wie das Lüften einer Ecke eines geheimnisvollen Schleiers, der darauf wartet, dass wir das Geheimnis dahinter lüften.