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 - dem entferntesten Raumschiff der Menschheit - ausgeschlossen worden sein.

Die Voyager 1-Sonde, die 1977 gestartet wurde und derzeit 21,7 Milliarden km von der Erde entfernt ist, nachdem sie vor sechs Jahren das Sonnensystem verlassen hatte, hat theoretischen Physikern dabei geholfen, festzustellen, dass eine seit langem bestehende Theorie zur Identifizierung von Mini-Schwarzen Löchern - die vom Urknall übrig geblieben sind - as Dunkle Materie kann falsch sein.

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 über die Verwendung der Daten der Sonde auf diese Weise: „Ich hätte nie gedacht, dass wir ' Ich würde in keiner Weise dazu beitragen können, dunkle Materie zu studieren. “

Künstlerische Darstellung von 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 genug 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 Partikelcluster erzeugt wurden, bevor sich die Sterne überhaupt gebildet haben. Dies bedeutet auch, dass diese Schwarzen Löcher extrem klein und in kleinen Clustern sein müssen, da sonst ihre Auswirkungen von der Erde in Form von Gravitationslinsen sichtbar werden (wenn ein Bereich mit intensiver Schwerkraft einen Raum-Zeit-Bereich in dem Maße verzerrt, in dem das Licht gebogen 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 Sonnenmasse; 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 kleinen schwarzen Lochs

Wenn diese Mini-Schwarzen Löcher vorhanden sind, sollten sie die sogenannte "Hawking-Strahlung" mit einer erhöhten Geschwindigkeit 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 Inneren des Sonnensystems möglicherweise nicht wahrnehmbar sind, sollte die Heliosphäre von außerhalb des Sonnensystems beobachtbar sein.

Von seiner Position außerhalb der Heliosphäre sollte sich die Voyager 1 in der besten Position befinden, um diese Strahlung zu erkennen. Das 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.

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

Seit es das Sonnensystem verlassen hat, hat Voyager 1 kleine Mengen an Elektronen und Positronen entdeckt, die durch quantenmechanische Effekte am Rand des Ereignishorizonts der Schwarzen Löcher entstanden sein könnten. Aber selbst wenn alle diese Partikel aus Mini-Schwarzen Löchern stammen, reicht es nicht aus, die Menge an Mini-Schwarzen Löchern zu rechtfertigen, die für 85% der Materie in der Milchstraße erforderlich sind. Tatsächlich berechnen Boudard und Cirelli, dass dies tatsächlich nur etwa 1% des Gehalts an dunkler Materie in der Milchstraße entspricht.

Das Fehlen einer Detektion schließt größere ursprüngliche Schwarze Löcher als Kandidaten für dunkle Materie nicht aus, da diese nicht annähernd so viel Hawking-Strahlung oder geladene Teilchen erzeugen würden und daher von Voyager 1 nicht nachweisbar sind.

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

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