Rasen winzige Schwarze Löcher durch unser Sonnensystem?
Eine faszinierende Hypothese gewinnt unter Wissenschaftlern an Fahrt: Das Universum könnte vor winzigen schwarzen Löchern nur so wimmeln, die die Größe eines Atoms haben, aber die Masse eines Stadt-großen Asteroiden besitzen.
Diese hypothetischen schwarzen Löcher, die nur einen winzigen Moment nach dem Urknall entstanden sind, würden leise durch das Sonnensystem sausen, etwa einmal alle paar Jahre, und dabei über hundertmal schneller als eine Kugel fliegen.
Einige haben sogar argumentiert, dass eine immense Explosion, die 1908 einen sibirischen Wald plattmachte, das Ergebnis eines dieser mikroskopischen schwarzen Löcher gewesen sein könnte, die auf die Erde prallten.
Nun sagen Forscher, sie hätten einen Weg gefunden, um zu testen, ob diese kosmischen Geschosse tatsächlich existieren.
In einer am Dienstag veröffentlichten Studie im Journal Physical Review D sagen Physiker des MIT, dass die Anwesenheit eines winzigen schwarzen Lochs, das durch das Sonnensystem rast, anhand des sanften gravitativen Schubs, den es auf die Erde und andere Planeten ausübt, identifiziert werden könnte, was ihre Umlaufbahnen um nicht mehr als ein paar Fuß verändern würde.
Die Möglichkeit, die Existenz von Mikro-Schwarzen Löchern nachzuweisen, erregt bei einigen Astrophysikern Begeisterung, da dies dazu beitragen könnte, ein Rätsel zu erklären, das sie seit fast einem Jahrhundert gequält hat: die Natur und Zusammensetzung der Dunklen Materie.
In den 1930er Jahren begannen Astronomen Anomalien in der Bewegung von Galaxien zu bemerken. Irgendetwas im dunklen und leeren Raum zwischen den Galaxien erzeugte enorme Mengen an Gravitation, um an den Galaxien zu ziehen – doch es schien sich anscheinend nicht mit Licht oder einer anderen Kraft zu interagieren.
Wissenschaftler fanden dieses mysteriöse Gravitationsziehen überall. Um dies zu erklären, postulierten sie, dass es durch unsichtbare Masse, oder Dunkle Materie, verursacht wurde, die etwa 85% aller Materie im Universum ausmacht.
Einige Physiker haben vorgeschlagen, dass Dunkle Materie aus exotischen, noch unentdeckten Partikeln besteht. Andere, wie die Forscher des MIT, glauben, dass Dunkle Materie wahrscheinlich nur normale Materie ist, die extrem schwer zu erkennen ist. Und schwarze Löcher, so sagen die Forscher, sind ein Paradebeispiel für die Eigenschaften der Dunklen Materie.
„Es ist einfach fantastisch, dass die konzeptionell konservativste Antwort ist zu sagen, ’Es sind einfach super winzige schwarze Löcher, die einen winzigen Moment nach dem Urknall entstanden sind'“, sagte David Kaiser, Physikprofessor am MIT und Autor der Studie.
„Es erfindet keine neuen Formen von Materie, die noch nicht entdeckt wurden. Es ändert nicht die Gesetze der Schwerkraft“, sagte er.
Dennoch sind schwarze Löcher nicht der einzige potenzielle Übeltäter und es gibt immer noch viel Debatte in diesem Bereich.
Physiker haben auf ihrer Suche nach Dunkler Materie nach neuen exotischen Partikeln gesucht, sowie nach normaler Materie, die übersehen worden sein könnte – wie schwarze Löcher unterschiedlicher Größe. Bisher sind sie leer ausgegangen.
Bislang waren Astronomen unsicher, wie sie nach schwarzen Löchern einer besonders lästigen Größe suchen sollten – solchen, deren Gravitation zu schwach ist, um das Licht von Sternen zu biegen.
Die Forscher des MIT stellten durch Modellierung fest, dass diese winzigen schwarzen Löcher aus Taschen dichter Materie entstanden sein könnten, die sich unmittelbar nach dem Urknall zusammengezogen haben.
Die Forscher simulierten, was passieren könnte, wenn eines dieser Urzeit-Schwarzen Löcher einen Vorbeiflug innerhalb der Umlaufbahn des Jupiter machte. Sie fanden heraus, dass sich die Umlaufbahnen von Erde, Mars, Venus und Merkur über ein Jahrzehnt um bis zu 3 Fuß von ihrem ursprünglichen Kurs abweichen könnten.
Die Forscher sagten, sie würden erwarten, dass sie einen schwarzen Loch-Schubs irgendwo zwischen einmal im Jahr und einmal pro Jahrhundert entdecken würden – je nach Häufigkeit und Masse der schwarzen Löcher.
Um ihre eigenen Bedenken zu zerstreuen, berechneten die Forscher auch die Wahrscheinlichkeit, dass eines dieser winzigen schwarzen Löcher auf die Erde treffen würde, und stellten fest, dass dies nur etwa einmal in einer Milliarde Jahren passieren würde.
Selbst dann würde das schwarze Loch nicht zur Apokalypse führen.
Stattdessen würde es einfach durch die Erde hindurchfliegen und den Planeten relativ unberührt lassen.
Wissenschaftler in den 1970er Jahren zeigten sogar, dass der Aufprall eines schwarzen Lochs verblüffend ähnlich aussehen würde wie ein Lichtstreifen und eine Explosion über Russland vor 116 Jahren, die Wissenschaftler glauben, wurde durch einen kleinen Asteroiden oder Kometen verursacht. (Obwohl ein schwarzes Loch auch einen „Ausgangswunde“ hinterlassen würde.)
Die Entdeckung der Existenz von Mini-Schwarzen Löchern erfordert äußerst präzise Messungen, wo sich Planeten befinden, und Modelle, wo sie sein sollen. Glücklicherweise haben Wissenschaftler die Werkzeuge, um dies zu erreichen.
Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in La Cañada Flintridge hat beispielsweise ein detailliertes Modell des Sonnensystems erstellt, das Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie der Gravitation verwendet, um die erwarteten Umlaufbahnen der Planeten zu berechnen und Hunderte von Asteroiden bis ins kleinste Detail zu berücksichtigen. (Sie haben sogar berechnet, wie die Gezeiten der Erde die Umlaufbahn des Mondes beeinflussen.)
Die NASA-Wissenschaftler haben auch eine äußerst präzise Methode entwickelt, um die Entfernung zwischen der Erde und dem Mars zu bestimmen. Indem sie die Zeit messen, die es dauert, bis Funksignale von der Erde zu Raumsonden im Orbit um den Mars oder zu Rovern auf seiner Oberfläche reisen, können Wissenschaftler die Entfernung des roten Planeten von der Erde auf bis zu zwei Fuß genau berechnen.
„Es sind wirklich nur ein paar Jahrzehnte, in denen wir dieses Maß an Genauigkeit hatten“, sagte Kaiser. „Durch eine Reihe von Raumfahrtmissionen können wir uns Sorgen machen, ob der Mars 50 Zentimeter von dem entfernt ist, wo wir erwarten, dass er ist.“
Um die Skeptiker zu überzeugen, müssten die Wissenschaftler auch zeigen, dass der Schubs nicht durch einen vorbeifliegenden Asteroiden verursacht wurde.
Die Forscher sagen, dass die Geschwindigkeit der schwarzen Löcher – die mehr als zweimal schneller wären als alles andere in unserem Sonnensystem – eine unverwechselbare einzigartige Wackelbewegung in den Umlaufbahnen der Planeten erzeugen würde.
Und Astronomen sind ziemlich gut darin, Objekte mit einer Masse ähnlich der hypothetischen schwarzen Löcher zu erkennen. Im Jahr 2017 identifizierten Forscher das erste Objekt aus einem anderen Stern, das in unser Sonnensystem eintrat, das weit weniger Masse hatte als ein mikroskopisches schwarzes Loch.
Ob sie nun ein vorbeiziehendes schwarzes Loch entdecken oder nicht, die Wissenschaftler sagen, dass dies das Verständnis der Menschheit über Dunkle Materie vorantreiben wird.
„Natürlich würde ich gerne Dunkle Materie im Sonnensystem entdecken“, sagte Benjamin Lehmann, ein Postdoktorand am MIT und Autor der Studie. „Wenn diese Art von Beobachtung uns jedoch dabei hilft, dieses Fenster zu schließen und zu sagen, dass Dunkle Materie nicht in Form dieser Urzeit-Schwarzen Löcher vorliegt, dann sind das wirklich wichtige Informationen.“
Indem sie eine Methode vorschlagen, um diese Möglichkeit einfach zu testen, haben “sie genau das getan, was wir bei der Suche nach Dunkler Materie tun sollten“, sagte Vera Gluscevic, Professorin für Kosmologie an der USC, die nicht an der Studie beteiligt war. „Wir sollten keinen Stein ungedreht lassen.“
Obwohl die Wissenschaftler planen, die Modelle der planetaren Bewegung weiter zu verfeinern und die historischen Beobachtungen der letzten Jahrzehnte nach Anzeichen für die schwarzen Löcher zu durchsuchen, wird der Haupttest darin bestehen, einfach zu beobachten und abzuwarten.
