Mini Black Holes wurden von der Voyager 1-Untersuchung als Kandidaten für Dunkle Materie ausgeschlossen

Eine lange diskutierte Erklärung für die Natur der dunklen Materie könnte durch Beobachtungen der alternden Voyager 1-Sonde - des entferntesten Raumschiffs der Menschheit - ausgeschlossen worden sein.

Die Voyager 1-Sonde, die 1977 gestartet wurde und derzeit 21,7 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt ist, nachdem sie das Sonnensystem vor sechs Jahren verlassen hat, hat theoretischen Physikern dabei geholfen, herauszufinden, dass eine lang gehegte Theorie Mini-Schwarze Löcher identifiziert, die vom Urknall übrig geblieben sind Dunkle Materie ist möglicherweise falsch.

Alan Cummings, ein Weltraumwissenschaftler am California Institute of Technology in Pasadena, der seit 1973 an Voyager 1 arbeitet und nicht an der Analyse beteiligt war, war überrascht, wie die Daten der Sonde auf diese Weise verwendet wurden: „Ich hätte nie gedacht, dass wir in irgendeiner Weise zur Erforschung der Dunklen Materie beitragen können. “

Künstlerische Darstellung der Voyager 1 (NASA)

Solange angenommen wurde, dass dunkle Materie existiert, haben einige Astronomen geglaubt, dass sie aus schwarzen Löchern bestehen könnte. Die Theorie ist etwas ungünstig, da dunkle Materie die reguläre Materie im Universum im Verhältnis 17: 3 überwiegt, was bedeutet, dass es nicht genügend kollabierende Sterne gegeben hätte, um überhaupt die erforderliche Menge an schwarzen Löchern zu erzeugen.

Dies bedeutet, dass die Verbindung auf Schwarze Löcher beschränkt sein muss, die im frühen Universum durch den Zusammenbruch dichter Partikelhaufen entstanden sind, noch bevor sich die Sterne gebildet haben. Dies bedeutet auch, dass diese Schwarzen Löcher extrem klein sein müssen und sich in kleinen Clustern befinden, oder dass ihre Auswirkungen von der Erde aus in Form von Gravitationslinsen sichtbar werden (wenn ein Gebiet mit starker Schwerkraft einen Raum-Zeit-Bereich so stark verzieht, dass das Licht gebeugt wird) wie es daran vorbeifährt).

Bernard Carr, ein Kosmologe an der Queen Mary University in London, der seit 40 Jahren an der Idee arbeitet, erklärt der Wissenschaft, dass diese Überlegungen die möglichen Massen für ursprüngliche Schwarze Löcher einschränken. Die drei Möglichkeiten, die erlaubt wären, sind: Massen zwischen dem Ein- und Zehnfachen der Sonne; etwa ein Milliardstel der Sonne; oder weniger als ein Billiardstel der Sonne - 10 Milliarden Tonnen. Diese kleinsten Schwarzen Löcher wären nur so breit wie ein Atomkern.

Künstlerische Darstellung eines Mini-Schwarzen Lochs

Wenn diese kleinen Schwarzen Löcher vorhanden sind, sollten sie so genannte Hawking-Strahlung mit einer höheren Rate ausstrahlen als größere Schwarze Löcher. Sie sollten aufgrund quantenmechanischer Effekte auch Elektronen und Positronen produzieren. Während diese Strahlung und die geladenen Teilchen aufgrund des Magnetfelds der Sonne im Innern des Sonnensystems möglicherweise nicht wahrnehmbar sind, sollte die Heliosphäre von außerhalb des Sonnensystems sichtbar sein.

Von seiner Position außerhalb der Heliosphäre aus sollte sich der Voyager 1 also in der besten Position befinden, um diese Strahlung zu erkennen. Dies ist das Argument von Mathieu Boudaud und Marco Cirelli, Theoretiker an der Sorbonne Universität in Paris, in einem Artikel, der in Physical Review Letters veröffentlicht wurde.

Die aktuelle Position von Voyager 1 außerhalb des Sonnensystems ermöglicht die Suche nach Mini-Schwarzen Löchern (https://theskylive.com/voyager1-tracker abgerufen am 01.10.19).

Seit dem Verlassen des Sonnensystems hat Voyager 1 kleine Mengen an Elektronen und Positronen entdeckt, die durch quantenmechanische Effekte am Rand der Ereignishorizonte der Schwarzen Löcher entstanden sein könnten. Aber selbst wenn all diese Partikel aus kleinen Schwarzen Löchern stammen, ist es nicht ausreichend, die Menge an kleinen Schwarzen Löchern zu rechtfertigen, die benötigt wird, um 85% der Materie in der Milchstraße zu erklären. Tatsächlich rechnen Boudard und Cirelli damit, dass nur etwa 1% der dunklen Materie der Milchstraße darin enthalten sind.

Der Mangel an Detektion schließt größere ursprüngliche Schwarze Löcher nicht als Kandidaten für Dunkle Materie aus, da diese nicht annähernd so viel Hawking-Strahlung oder geladene Teilchen erzeugen würden und daher von Voyager 1 nicht detektiert werden können.

Zum einen ist Carr nicht allzu beunruhigt über die Feststellung: "Dieses Fenster mit niedrigem Gewicht war noch nie mein Favorit, es stört mich nicht persönlich, wenn die Einschränkungen es jetzt ausschließen."

Ursprüngliche Forschung: https://arxiv.org/abs/1807.03075