Ist Dunkle Materie aus Mini Black Holes vom Urknall?

Dunkle Materie, die mysteriöse Extramasse im Universum, die noch kein Licht aussendet, übt eine Gravitationskraft aus, könnte tatsächlich aus ursprünglichen schwarzen Löchern bestehen, die aus dem Urknall stammen.

Und diese Mini-Schwarzen Löcher können dem Higgs-Boson für ihre Geburt danken - zumindest nach einer neuen Theorie.

Diese Theorie, die am 23. März in der Zeitschrift Physical Review Letters beschrieben wurde, postuliert, dass diese urzeitlichen Schwarzen Löcher aus Instabilitäten im Feld entstanden sind, die das Higgs-Boson entstehen lassen, das am Large Hadron Collider (LHC) entdeckte mysteriöse "Gott" -Teilchen.

"Im Prinzip kann die Erklärung für die gesamte dunkle Materie zählen", in Form von ursprünglich schwarzen Löchern, sagte Studienkoautor Antonio Riotto, Physiker an der Universität Genf in der Schweiz.

Jedoch sind nicht alle davon überzeugt, da einige Physiker sagen, dass diese ursprünglichen Schwarzen Löcher wahrscheinlich nicht die gesamte Dunkle Materie im Universum erklären.

Mini schwarze Löcher

Das Higgs-Boson entsteht als eine Welle im sogenannten Higgs-Feld, das das Universum durchdringt und den Teilchen ihre Masse gibt. Als das Higgs-Boson entdeckt wurde, war es ungefähr 126 mal schwerer als das Proton, leichter als viele Physiker erwarteten. Nach einigen Berechnungen erkannten die Physiker, dass diese Masse implizierte, dass das Higgs-Feld nicht in seinem stabilsten Zustand sein könnte. [Infografik: Wird das echte Higgs bitte aufstehen?]

Darüber hinaus implizierte die Higgs-Masse, dass während der Inflation des frühen Universums, als die Materie unmittelbar nach dem Urknall nach außen raste, das instabile Higgs-Feld Quantenfluktuationen erlebte, wo es unterschiedliche Dichten der Materie in verschiedenen Teilen des Feldes gab.

Laut der neuen Studie machten diese Fluktuationen kleine Taschen des Raums aus, in denen die Dichte der Masse so hoch war, dass sie in ein schwarzes Loch kollabierte.

Diese kleinen Mini-Schwarzen Löcher würden Massen von etwa 22 Billionen Pfund (10 Billionen Kilogramm) haben - oder ungefähr die Masse des Mount Everest.

Die Theorie spricht auf vielen Ebenen an: Dunkle Materie emittiert kein nachweisbares Licht; keine schwarzen Löcher. Und ursprüngliche schwarze Löcher könnten, wenn sie existieren, ein physikalischer Beweis dafür sein, dass das Higgs-Feld nicht seine niedrigste mögliche Energie hat und stattdessen in einem quasi-stabilen Zustand ist. Die neue Theorie kann auch dunkle Materie erklären, ohne dass eine neue Physik jenseits des Standardmodells erforderlich ist, das das Verhalten winziger subatomarer Teilchen beschreibt. [6 Auswirkungen des Auffindens eines Higgs-Boson-Teilchens]

Wenn diese ursprünglichen schwarzen Löcher jedoch existieren, wie würden Physiker sie finden? Sehen sie heute genauso aus wie vor ihrer Geburt vor fast 14 Milliarden Jahren?

Im Laufe der Zeit hätten die schwarzen Löcher mehr und mehr Masse angezogen und verschlungen, sagte Riotto zu Live Science.

Aber es könnte eine andere Kraft bei der Arbeit geben, die die Masse aus diesen schwarzen Löchern absaugt: Hawking-Strahlung. Stephen Hawking theoretisierte, dass Schwarze Löcher aufgrund von Quanteneffekten Teilchen und Energie emittieren. Im Laufe der Zeit kann die Hawking-Strahlung dazu führen, dass sie vollständig verdampfen; Je kleiner sie sind, desto schneller verschwinden sie. Diese Emissionen sind so leise und schwach, dass sie nie entdeckt wurden, obwohl die meisten Wissenschaftler glauben, dass sie existieren. Zwischen dem Erwerb von mehr Masse im Laufe der Zeit und dem Verlust durch die Hawking-Strahlung im Laufe von 14 Milliarden Jahren könnten die heutigen Überreste von ursprünglichen Schwarzen Löchern entweder winzig oder riesig sein.

Umstrittene Idee

Die Vorstellung, dass Schwarze Löcher die gesamte Dunkle Materie im Universum ausmachen könnten, ist relativ kontrovers. Physiker haben schwarze Löcher mit geringer Masse ausgeschlossen, weil nicht genug von ihnen entdeckt wurde, um die zusätzliche Masse im Universum zu erklären. Physiker haben jedoch mittelgroße schwarze Löcher nicht ausgeschlossen. Im Februar 2016 gab das Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) bekannt, dass es zwei ineinander übergehende schwarze Löcher entdeckt hat, die 29- und 36-mal so massiv wie unsere Sonne waren. Ursprüngliche schwarze Löcher in diesem Massenbereich wurden nicht ausgeschlossen, was einige Forscher hoffnungsvoll macht.

Aber einige Physiker bezweifeln, dass diese Himmelsobjekte viel von der dunklen Materie im Universum erklären könnten.

"Angesichts dessen, was wir heute wissen, ist es ziemlich unwahrscheinlich, dass die ursprünglichen schwarzen Löcher die dunkle Materie sind", sagte Simeon Bird, ein Black-Hole-Physiker an der University of California Riverside gegenüber Live Science, "aber es gibt keinen Grund, warum sie nicht sein könnten 1 bis 10 Prozent davon, wie dieses Modell andeutet. Der einfachste Weg, es zu zeigen, wäre, ein ursprüngliches schwarzes Loch zu entdecken. "

Das Large Synoptic Survey Telescope, das derzeit in Chile gebaut wird, wäre ideal für die Suche nach diesen alten Schwarzen Löchern, fügt Bird hinzu.

Marc Kamionkowski, ein theoretischer Physiker an der Johns Hopkins Universität, der zur Verteidigung Schwarzer Löcher als dunkle Materie verfasst hat, war ähnlich umsichtig.

"Mein Vertrauen in die Idee, dass Schwarze Löcher die Dunkle Materie ausmachen, wurde im vergangenen Jahr ein wenig erschüttert", sagte er, weil LIGO nicht genug Signaturen von Schwarzen Löchern gefunden hat, um die Theorie zu rechtfertigen, "aber ich finde immer noch die Dieses neue Papier, das einen Mechanismus des frühen Universums zur Herstellung solcher Schwarzer Löcher bietet, ist daher sehr interessant. "

Ursprüngliche schwarze Löcher sind immer noch hypothetisch, bis wir schwarze Löcher mit Massen unter denen unserer Sonne entdecken, und die von diesen Forschern vorgeschlagene Higgs-Feld-Erklärung ihrer Entstehung kann ohne sie nicht bewiesen werden.

Nicht jeder glaubt, wie es diese Forscher tun, dass ursprüngliche schwarze Löcher und dunkle Materie ein und dasselbe sein könnten. Aber wie Kamionkowski der Wissenschaft im Jahr 2017 sagte:

"Es ist eine verrückte Idee, aber jede Idee, was dunkle Materie sein könnte, ist eine nussige Idee."

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