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Kosmologie

Die schwarzen Löcher des Urknalls

Schon gleich nach seinem Beginn könnte eine dichte Schar Schwarzer Löcher das junge Universum durchsetzt haben. Viele der Objekte haben vielleicht bis heute überlebt. Sie wären plausible Kandidaten für die unsichtbare und rätselhafte Dunkle Materie.
Einander umkreisende Schwarze Löcher können Physiker inzwischen anhand von Gravitationswellen vermessen. Möglicherweise verraten die Signale sogar, ob die Objekte aus der Urzeit des Alls stammen.

In den Tiefen des Alls umkreisten sich vor mehr als einer Milliarde Jahren zwei Schwarze Löcher auf immer engeren Spiralbahnen und stürzten schließlich ineinander. Der heftige Vorgang erschütterte das Gefüge der Raumzeit und erzeugte Gravitationswellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen ausbreiteten. Im September 2015 erreichten die Schwingungen schließlich unseren Planeten und machten sich in den Sensoren des Gravitationswellenobservatoriums LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational Observatory) in den USA durch ein charakteristisches Signal bemerkbar.

Dieser erste direkte Nachweis von Gravitationswellen bestätigte Albert Einsteins 100 Jahre alte Vorhersage solcher Raumzeitschwingungen – die Einstein allerdings für niemals nachweisbar gehalten hatte. Dem Signal zufolge muss jedes der beiden Schwarzen Löcher 30-mal schwerer als die Sonne gewesen sein. Damit waren die Massen zwei- bis dreimal größer als die von üblichen Schwarzen Löchern, die aus Supernova-Explosionen massereicher Sterne hervorgehen. Konnten derartige Objekte überhaupt aus Sternen entstehen? Und selbst wenn zwei besonders massereiche Sterne unabhängig voneinander als solche Monstren endeten, wäre es – zumindest im Verlauf der vermuteten Entwicklung des Universums – unwahrscheinlich, dass sie anschließend zueinanderfanden und verschmolzen. Darum liegt die Annahme nahe, diese massereichen Schwarzen Löcher könnten auf irgendeine andere Weise entstanden sein, ganz ohne Vorläufersterne. Vielleicht hat LIGO also nicht nur Gravitationswellen entdeckt, sondern etwas noch Erstaunlicheres: Schwarze Löcher, die es bereits gab, bevor sich die ersten Sterne bildeten …

Oktober 2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Oktober 2017

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Quellen

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Clesse, S., García-Bellido, J.: Massive Primordial Black Holes from Hybrid Inflation as Dark Matter and the Seeds of Galaxies. In: Physical Review D 92, 023542, 2015

Clesse, S., García-Bellido, J.: The Clustering of Massive Prim­ordial Black Holes and Dark Matter: Measuring their Mass Distribution with Advanced LIGO. In: Physics of the Dark Universe 15, S. 142-147, 2017

García-Bellido, J. et al: Density Perturbations and Black Hole Formation in Hybrid Inflation. In: Physical Review D 54, S. 6040-6058, 1996

Kashlinsky, A.: LIGO Gravitational Wave Detection, Primordial Black Holes, and the Near-IR Cosmic Infrared Background Anisotropies. In: Astrophysical Journal Letters 823, L25, 2016