Quantenmechanik versucht, den Grund für das Verschwinden von Schwarzen Löchern zu erklären

Eine mögliche Erklärung dafür, warum im Universum nie ursprüngliche schwarze Löcher beobachtet wurden.

La mecánica cuántica podría explicar los agujeros negros primordiales.

Bei Schwarzen Löchern denken wir sofort an Objekte, die größer sind als unser Sonnensystem. Das sind die berühmten supermassiven Schwarzen Löcher, die im Zentrum jeder Galaxie zu finden sind. Aber die Schwarzen Löcher, die beobachtet wurden, reichen von der Größe von Planeten bis zu Größen, die größer sind als Planetensysteme.

Seit dem letzten Jahrhundert stellen Physiker Theorien über die mögliche Existenz von schwarzen Löchern auf, die als primordiale schwarze Löcher bezeichnet werden. Diese Objekte wären in den frühesten Momenten des Universums aufgrund von Dichtestörungen in der Struktur der Raumzeit entstanden. Primordiale Schwarze Löcher könnten von der Größe des Sonnensystems bis zur Größe eines Atoms reichen.

Bislang wurden trotz zunehmender Bemühungen um die Suche nach Schwarzen Löchern keine primordialen Schwarzen Löcher beobachtet. Sie haben sich den Spitznamen "verschwindende schwarze Löcher" verdient. Eine Gruppe von Physikern schlug eine neue, auf der Quantenmechanik basierende Erklärung für den Grund für dieses Verschwinden vor.

Urknall und Inflation

Eines der am meisten akzeptierten Modelle in der Kosmologie ist das ΛCDM, das den Urknall beschreibt. Diesem Modell zufolge dehnt sich das Universum aus und hat sich irgendwann in der Vergangenheit zu einem einzigen Punkt verdichtet. Als dieser Punkt zu expandieren begann, wurde er als Urknall bezeichnet.

Inflation ist die Bezeichnung für eine der frühesten Phasen des Universums, in der die erste Beschleunigung stattfand und sich das Universum rasch von der Größe einer Zitrone auf die Größe einer Galaxie ausdehnte.

Wenige Augenblicke nach dem Urknall kam es zu einem als Inflation bezeichneten Prozess, bei dem sich das Universum rasch ausdehnte. Während dieser Zeit wurden die Störungen, die im Gefüge der Raumzeit existierten, aufgrund der Expansion ebenfalls verstärkt. Eine mögliche Erklärung ist, dass diese verstärkten Störungen Hunderte von Millionen Jahren später komplexere Strukturen ermöglichten.

Primordiale Schwarze Löcher

Eine der Folgen dieser Inflation ist das Auftreten von primordialen Schwarzen Löchern. Dabei handelt es sich um schwarze Löcher, die genau dann entstanden sind, als die Inflation stattfand und Regionen mit Dichteunterschieden kollabierten. Der Physiker Stephen Hawking schätzte, dass einige dieser primordialen schwarzen Löcher in den letzten Milliarden Jahren des Universums das Ende ihres Lebens erreichen würden.

Eine Hypothese besagt, dass primordiale Schwarze Löcher zumindest für einen Teil der berechneten dunklen Materie verantwortlich sind. Da sie isoliert und schwer zu beobachten sein könnten, würden sie durch die Gravitation wahrgenommen werden, nicht aber durch elektromagnetische Strahlung wie die dunkle Materie. Aber es bleibt das Rätsel, warum wir keine Exemplare gesehen haben.

Quantenfeldtheorie

Ein Bereich der Physik ist die Quantenfeldtheorie (QFT), die Konzepte aus der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie kombiniert. Die Idee ist, die Teilchen und Wechselwirkungen im Standardmodell zu beschreiben. Innerhalb der QFT werden die Teilchen als Feldanregungen beschrieben, die an jedem Punkt im Raum zu finden sind.

Eine der Herausforderungen der TQC besteht darin, die allgemeine Relativitätstheorie mit den übrigen Beschreibungen in diesem Bereich zu kombinieren. Dunkle Materie passt ebenfalls nicht gut in die TQC-Beschreibung. Jüngste Arbeiten zeigen jedoch, dass es mit Hilfe der TQC möglich ist zu erklären, warum ursprüngliche schwarze Löcher verschwinden.

Verschwindende schwarze Löcher

Eine Erklärung ist, dass die Wellen in den ersten Momenten des Universums und der Inflation hohe Amplituden, aber kurze Wellenlängen hatten. Je kürzer die Wellenlänge, desto energiereicher die Welle. Diese Wellen würden mit der Entstehung von primordialen Schwarzen Löchern in diesen frühen Zeiten in Verbindung gebracht werden.

Die Studie ergab, dass bei der Beobachtung der ersten Momente des Universums und dieser Wellen, die als CMB bekannt sind, nur wenige Wellenlängen beobachtet werden. Das würde erklären, warum wir selbst bei CMB-Beobachtungen nur wenige primordiale Schwarze Löcher beobachten. Diese Wellenlängen, die mit primordialen Schwarzen Löchern assoziiert werden, hätten keinen Zusammenhang.