Eine der berühmtesten Theorien von Stephen Hawking über dunkle Materie - dass diese mysteriöse und unsichtbare Substanz aus ursprünglichen schwarzen Löchern besteht - erlitt kürzlich einen schweren Schlag. Diese Schlussfolgerung stammt von einem massiven Teleskop, das auf einmal ein Bild einer ganzen Galaxie aufgenommen hat.
Die Ergebnisse schließen Stephen Hawkings berühmte Vorstellung nicht vollständig aus. Aber sie schlagen vor, dass ursprüngliche Schwarze Löcher wirklich winzig sein müssten, um dunkle Materie zu erklären.
Geheimnis der Dunklen Materie
Dunkle Materie ist der Name, den Physiker geben, um ein besonders mysteriöses Phänomen zu erklären: Alles im Universum bewegt sich, umkreist und dreht sich, als ob es mehr Masse gäbe, als wir erkennen können. Erklärungen für dunkle Materie reichen von gespenstischen Teilchen, die Neutrinos genannt werden, über unbekannte Teilchen bis hin zu neuen Gesetzen der Physik. In den 1970er Jahren stellten Stephen Hawking und seine Kollegen die Theorie auf, dass der Urknall möglicherweise eine große Anzahl relativ kleiner schwarzer Löcher erzeugt hat - jedes etwa so groß wie ein Proton. Diese winzigen, uralten Schwarzen Löcher wären schwer zu erkennen, würden jedoch eine große Anziehungskraft auf andere Objekte ausüben - die beiden bekannten Eigenschaften der Dunklen Materie.
Schwarze Löcher strahlen jedoch kein Licht aus. Supermassive Schwarze Löcher, wie das im Herzen der Galaxie Messier 87, sind von hellen Scheiben heißer Materie gesäumt. Ursprüngliche Schwarze Löcher sind jedoch milliardenfach kleiner und von keiner sichtbaren, leuchtenden Materie umgeben. Stattdessen bedeutet die Suche nach kleinen Schwarzen Löchern die Suche nach Orten, an denen ihre starken Gravitationsfelder das Licht biegen - ein Phänomen, das als Mikrolinsen bezeichnet wird.
Teleskope finden schwarze Löcher mit Mikrolinsen, indem sie im Laufe der Zeit viele verschiedene Bilder eines Sterns aufnehmen. Ein schwarzes Loch vor diesem Stern verzerrt sein Licht und lässt es aufblitzen. Je kleiner das Schwarze Loch, desto schneller der Blitz. "Wenn ein Mikrolinsenobjekt eine Sonnenmasse hat", sagte Takada zu Live Science und bezog sich dabei auf die Sonnenmasse. "Die Zeitskala ist wie ein paar Monate oder ein Jahr." Aber die ursprünglichen schwarzen Löcher, nach denen sie suchten, hatten nur einen kleinen Bruchteil dieser Masse, ungefähr die Masse des Mondes. Das heißt, ihre Blitze wären viel kürzer. Das HSC ist "einzigartig", sagte Takada, da es ihnen ermöglichte, alle Sterne in der Andromeda-Galaxie in atemberaubend schnellen (für Astronomen) Belichtungsintervallen gleichzeitig zu fotografieren - jedes Intervall war nur 2 Minuten lang.
Takada und sein Team machten in einer klaren Nacht über 7 Stunden lang etwa 200 Bilder der Andromeda-Galaxie. Sie fanden nur ein potenzielles Mikrolinsenereignis. Wenn ursprüngliche schwarze Löcher einen signifikanten Anteil der dunklen Materie ausmachen, sollten sie laut Takada ungefähr 1.000 Mikrolinsen-Signale gesehen haben.
"Mikrolinsen sind der Goldstandard, um Schwarze Löcher zu erkennen oder auszuschließen", sagte Simeon Bird, ein Schwarzlochphysiker an der University of California - Riverside, der nicht an der Arbeit beteiligt war. "Diese Arbeit schließt ursprüngliche Schwarze Löcher als dunkle Materie in einer Reihe von Massen aus, in denen die vorherigen Einschränkungen weder so stark noch so robust waren wie diese neue. Es ist ein sehr schönes Ergebnis."
War das der letzte Nagel im Sarg? Ist Hawkings Theorie wirklich tot? Nicht so laut Bird und Takada, die sagen, dass ursprüngliche Schwarze Löcher eines bestimmten Massenbereichs als Kandidaten immer noch nicht vollständig beseitigt wurden.
"Es gibt immer noch einige Massen, in denen die Einschränkungen schwach sind, etwa 20 bis 30 Sonnenmassen", sagte Bird gegenüber Live Science. "Das könnten immer noch 1% bis 10% der dunklen Materie sein ... und es gibt immer noch ein Fenster bei niedrigeren Massen, wie die Masse eines sehr kleinen Asteroiden."
"Unsere Physiker sind sehr aufgeregt, weil es noch ein Fenster gibt", sagte Takada. Die Daten können diese winzigen schwarzen Löcher nicht ausschließen, da die Blitze dieser schwarzen Löcher viel zu kurz wären. "Wir müssen uns also eine andere Methode überlegen, um dies zu tun."
In ihrer Umfrage wurde jedoch ein "Blitz" festgestellt. Obwohl es sich um ein einzelnes vorläufiges Ergebnis handelte, könnte es unglaublich wichtig werden: die allererste Entdeckung eines ursprünglichen Schwarzen Lochs, die eine bahnbrechende Bestätigung einiger Arbeiten von Hawking darstellen würde.
"Nur eine Beobachtung ist nicht so überzeugend", sagte Takada. "Wir brauchen mehr Beobachtungen, um dies zu bestätigen. Wenn es wirklich so wäre, sollten wir weiterhin das Gleiche finden", da sie weiterhin das HSC verwenden, um nach mehr Mikrolinsen zu suchen.
