Mysteriöses kosmisches Signal könnte ersten echten Beweis für Ur-Schwarze Löcher liefern

Gegensatz Schwarzen Löchern, die durch kollabierende Sterne entstehen, können sie ein breites Spektrum Größen umfassen, Asteroiden bis hin zu deutlich größeren Massen.

Falls sie existieren, könnten sie dazu beitragen, die Dunkle Materie zu erklären, die unsichtbare Substanz, die etwa 85 Prozent der Materie Universum ausmacht und die Gravitationskraft bereitstellt, die hilft, Galaxien zusammenzuhalten. „Wir glauben, dass unsere Studie dazu beiträgt, zu bestätigen, dass sie tatsächlich existieren", sagte Nico Cappelluti, Associate Professor Department Physics der College Arts and Sciences, über die Forschung, die er gemeinsam mit seinem Doktoranden Alberto Magaraggia durchgeführt hat.

Ihre Untersuchung wurde durch eine jüngste mögliche Entdeckung des Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) angeregt. Ende letzten Jahres detektierte LIGO ein ungewöhnliches Gravitationswellensignal. Gravitationswellen sind Risse in der Raumzeit, die durch mächtige kosmische Ereignisse wie Kollisionen Löchern erzeugt werden.

Das ungewöhnliche Signal.

Das ungewöhnliche Signal. „Die häufigsten Schwarzen Löcher entstehen als Folge einer Supernova, des Todes eines massereichen Sterns. Daher können ihre Massen Milliarden ", erklärte Cappelluti.

Im vergangenen November gab LIGO jedoch eine automatisierte Warnung für eine Verschmelzung bekannt, bei der mindestens eines der Objekte weniger als eine Sonnenmasse wog, was auf die Möglichkeit eines primordialen Schwarzen Lochs hindeutet.

Ob das Signal eine bedeutende wissenschaftliche Entdeckung darstellt oder lediglich Rauschen in den Detektoren, bleibt unter Astrophysikern umstritten.

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Cappelluti und Magaraggia vertreten die Auffassung, dass die Beobachtung am besten durch ein primordiales Schwarzes Loch erklärt wird, das unter den extrem dichten Bedingungen des frühen Universums entstand, lange bevor die ersten Sterne erschienen.

Sie glauben, dass ihre Ergebnisse diese Interpretation stützen. „Wir haben versucht, abzuschätzen, wie viele primordiale Schwarze Löcher Universum existieren könnten und wie viele davon LIGO nachweisen sollte", sagte Magaraggia. „Und unsere Ergebnisse sind ermutigend." Wir gehen davon aus, dass sonnenmassenarme Schwarze Löcher, wie sie LIGO möglicherweise beobachtet hat, tatsächlich selten sein sollten, was mit der bisherigen Seltenheit solcher Ereignisse übereinstimmt.

Eine Studie legt nahe, dass Ur-Schwarze Löcher die Dunkle Materie ausmachen Laut der The Astrophysical Journal veröffentlichten Studie sei „die plausibelste Erklärung für das LIGO-Signal, das keine konventionelle astrophysikalische Erklärung bietet, die Detektion eines Ur-Schwarzen Lochs", Cappelluti. „Unsere Forschung deutet darauf hin, dass diese Ur-Schwarzen Löcher einen signifikanten Anteil, möglicherweise sogar den gesamten Anteil der Dunklen Materie, erklären könnten." Die Forscher betonen, dass weitere Analysen erforderlich sein werden, bevor endgültige Schlüsse über das Signal und seine mögliche Verbindung zur Dunklen Materie gezogen werden können.

Was die Studie zeigt

Derzeit hängt die Bestätigung davon ab, ob LIGO und seine internationalen Partner Zukunft ähnliche Ereignisse detektieren. „LIGO hat starke Hinweise darauf aufgezeichnet, dass diese Art Löchern existiert." „Aber wir müssen ein solches Signal oder sogar mehrere weitere nachweisen, um die rauchende Pistole zu haben, die bestätigt, dass sie echt sind", sagte Cappelluti. „Was jedoch klar ist, ist, dass sie nicht als echt ausgeschlossen werden können." Gravitationswellen-Astronomie Die Idee der primordialen Schwarzen Löcher geht auf sowjetische Wissenschaftler Jakow Zeldowitsch und Igor Nowikow zurück, die sie erstmals während des Kalten Krieges vorschlugen.

Anfang der 1970er Jahre erweiterte Stephen Hawking das Konzept und schlug vor, dass große Mengen dieser Objekte existieren könnten, Strahlung abgeben und möglicherweise die Dunkle Materie erklären. Später lieferte LIGO die ersten beobachtbaren Hinweise, die diese langjährigen Theorien stützen könnten. Am 14.

September 2015 gelang dem Observatorium die erste direkte Detektion, was ein neues Kapitel in der Astronomie einleitete und eine zentrale Vorhersage aus Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie bestätigte. LIGO besteht aus zwei Einrichtungen, die Hanford, Washington, und Livingston, Louisiana, liegen.

Moegliche Anwendungen

Zusammen mit dem Virgo-Detektor Italien und dem unterirdischen KAGRA-Observatorium Japan bildet es die LVK-Kollaboration. Dieses Netzwerk sucht nach Schwarzen Löchern, also Regionen des Raums, in denen die Gravitation so stark ist, dass nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann.

Nächstgeneration-Observatorien werden die Theorie der primordialen Schwarzen Löcher testen. Geplante Upgrades werden die Empfindlichkeit möglicherweise die Detektion ungewöhnlicher Signale ermöglichen. Dennoch war das Observatorium nicht dafür konzipiert, Gravitationswellen direkt aus dem Urknall zu beobachten.

Seine beiden L-förmigen Detektoren, deren Vakuumarme jeweils eine Länge von 2,5 Meilen (4 Kilometern) aufweisen, sind optimiert für die Detektion hochfrequenter Wellen, die durch relativ jüngere gewaltsame kosmische Ereignisse entstehen. Zukünftige Instrumente werden in der Lage sein, viel frühere Epochen der kosmischen Geschichte zu untersuchen, Cappelluti.

Die Laser-Interferometer-Raumantenne (LISA), deren Start fr

Die Laser-Interferometer-Raumantenne (LISA), deren Start fr 2035 vorgesehen ist, wird voraussichtlich Gravitationswellen aus einigen der frhesten Epochen nach dem Urknall nachweisen. Ein weiteres Projekt, Cosmic Explorer, befindet sich derzeit in der Entwurfsphase.

Das bodengesttzte Observatorium der USA wird voraussichtlich zehnmal empfindlicher sein als LIGO und damit Verschmelzungen nachweisen knnen, die bis in die ra zurckreichen, in der die ersten Sterne entstanden.

Quelle: Implikationen fr primordiale Schwarze-Loch-Dunkle-Materie aus einer einzelnen Gravitationswellendetektion mit Masse unterhalb der Sonnenmasse in LVK O1O4" Cappelluti, 27. Mrz 2026, The Astrophysical Journal. DOI: 10.3847/1538-4357/ae48f9