Ursprüngliche Schwarze Löcher und die Suche nach dunkler Materie im Multiversum
Das Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums (Kavli IPMU) ist bekannt für die Fülle interdisziplinärer Projekte, die aufgrund der Anwesenheit einer großen Anzahl hochqualifizierter Spezialisten auf verschiedenen Gebieten wissenschaftlicher Erkenntnisse möglich sind. Ein solches Projekt ist die Untersuchung von Schwarzen Löchern, die sich möglicherweise im frühen Universum gebildet haben, bevor sich Sterne und Galaxien gebildet haben.
Solche ursprünglichen Schwarzen Löcher können für die gesamte oder einen Teil der Dunklen Materie des Universums, für einige der beobachteten Gravitationswellensignale verantwortlich sein und auch als Keime für supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum unserer und anderer Galaxien dienen.
Um die ursprünglichen Schwarzen Löcher besser zu verstehen, wandte sich ein Team unter der Leitung von Alexander Kusenko von Kavli IPMU der Erforschung des frühen Universums zu. Das frühe Universum war so dicht, dass jede positive Dichteschwankung von mehr als 50 Prozent zur Bildung eines Schwarzen Lochs führen konnte. Die Wissenschaft weiß jedoch, dass das Ausmaß der kosmologischen Störungen, die zu Embryonen von Galaxien führten, viel geringer war. Dennoch könnte eine Reihe von Prozessen, die im frühen Universum stattfanden, zu günstigen Bedingungen für die Bildung von Schwarzen Löchern führen.
Eine faszinierende Möglichkeit besteht darin, dass sich während der Inflation aus "Tochteruniversen" ursprüngliche Schwarze Löcher gebildet haben, eine Zeit der raschen Expansion des Universums, von der angenommen wird, dass sie zu den in der modernen Welt beobachteten Hauptstrukturen wie Galaxien und Galaxienhaufen führt. Die relativ kleinen Tochteruniversen brachen mit der Freisetzung einer großen Energiemenge in einem kleinen Volumen zusammen und bildeten so schwarze Löcher, erklärten die Autoren. Die großen Tochteruniversen erlebten jedoch nach den Bestimmungen von Einsteins Relativitätstheorie eine inflationäre Expansion. Nach der Expansion wurden sie nur für den internen Beobachter riesig, während für den externen Beobachter - das heißt Sie und ich - diese Tochteruniversen auch als Schwarze Löcher erscheinen sollten Sie.
In ihrer Arbeit beschrieb Kusenkos Team ein neues Szenario für die Bildung ursprünglicher Schwarzer Löcher und zeigte, dass nach dem Szenario des Multiversums gebildete Schwarze Löcher mit der Hyper Suprime-Cam (HSC) -Kamera des 8,2-Meter-Subaru-Teleskops erkannt werden können. Die Einzigartigkeit dieser Kamera liegt in der Tatsache, dass sie detaillierte Bilder der gesamten Andromeda-Galaxie als Ganzes aufnehmen kann - und wenn zu diesem Zeitpunkt ein ursprüngliches Schwarzes Loch vor einem der Sterne der Galaxie vorbeikommt, wird es möglich, die Masse eines solchen Schwarzen Lochs zu bestimmen. Das Kavli IPMU-Team hat zuvor in einer veröffentlichten Studie (Takada et al., 2019, Nature Astronomy 3, 524-534) über einen faszinierenden neuen Kandidaten für ein ursprüngliches Schwarzes Loch berichtet, das von der HSC-Kamera entdeckt wurde.
Die Forschung wird in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.