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Eine Illustration des Umrisses einer Katze außerhalb eines Schwarzen Lochs (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Wissenschaftler haben vermutet, dass winzige schwarze Löcher aus der Urzeit, die die Kraft haben, Planeten auszuhöhlen, durch alltägliche Materialien auf der Erde hindurchgehen könnten – durch Felsen, Glas, Metall und vielleicht sogar durch Sie oder Ihre Katze.

Diese winzigen schwarzen Löcher, die während des Urknalls entstanden sind, sind bisher hypothetisch geblieben, da sie sich der Entdeckung entzogen. Jetzt fordern zwei Wissenschaftler der University at Buffalo die Forscher auf, ihren Horizont bei dieser Suche zu erweitern.

„Wir müssen über den Tellerrand hinausschauen, denn was bisher getan wurde, um primordiale Schwarze Löcher zu finden, hat nicht funktioniert“, sagte der Mitautor der Studie, Dejan Stojkovic, in einer Erklärung. „Die Chancen, diese Signaturen zu finden, sind gering, aber die Suche danach würde nicht viele Ressourcen erfordern, und der potenzielle Gewinn, der erste Beweis für ein primordiales Schwarzes Loch, wäre immens!“

Diese Suche ist von entscheidender Bedeutung, da primordiale schwarze Löcher einer der Hauptverdächtigen für die dunkle Materie sind, die mysteriöse und unsichtbare Form der Materie, die etwa 85 % der Materie im Kosmos ausmacht.

Stojkovic und Kollegen haben vorgeschlagen, dass die Suche nach urzeitlichen Schwarzen Löchern von den ganz Großen bis zu den ganz Kleinen reichen sollte. Sie stellen die Theorie auf, dass ein primordiales Schwarzes Loch, das in einem großen felsigen Objekt im Kosmos gefangen ist, wie etwa einem Planeten, dessen Kern verschlingen und ihn aushöhlen würde. Ein winziges schwarzes Loch hingegen, das sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, würde einen winzigen, mikroskopisch kleinen „Tunnel“ durch feste Materialien bohren, darunter auch alltägliche Dinge hier auf der Erde.

Aber machen Sie sich keine Sorgen, dass ein urzeitliches Schwarzes Loch durch Ihre Katze oder Sie selbst schießen könnte. Das Team, das hinter diesen Erkenntnissen steht, sagt, dass ein solches Ereignis nicht tödlich wäre!

Lassen Sie uns nicht mit der Suche nach Katzen beginnen

Während die Erwähnung von „Schwarzen Löchern“ sofort den Eindruck eines riesigen und mächtigen Raumgebiets erweckt, aus dem nicht einmal Licht entkommen kann, gibt es diese Raumzeit-Ereignisse in einer Reihe von Massen und Größen.

Am größten Ende sind supermassive schwarze Löcher kosmische Titanen im Herzen von Galaxien, deren Masse Millionen oder sogar Milliarden von Sonnen entspricht. Sie entstehen aus Ketten von Verschmelzungen immer größerer schwarzer Löcher. Kleinere stellare Schwarze Löcher entstehen, wenn massereiche Sterne das Ende ihres Lebens erreichen und einen vollständigen Gravitationskollaps erleiden. Sie haben eine Masse, die bis zu 100 Mal so groß ist wie die der Sonne.

Primordiale Schwarze Löcher sind sehr unterschiedlich. Es wurde vorgeschlagen, dass sie Massen haben, die von der eines Planeten bis zu der eines durchschnittlichen Asteroiden oder eines großen Berges hier auf der Erde reichen.

Ein Diagramm, das den enormen Größenunterschied zwischen supermassiven schwarzen Löchern und hypothetischen primordialen schwarzen Löchern zeigt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Wie bei allen Schwarzen Löchern wird die äußere Grenze eines primordialen Schwarzen Lochs durch seinen „Ereignishorizont“ definiert, den Punkt, an dem die Anziehungskraft des Schwarzen Lochs unvermeidlich wird.

Je mehr Masse ein Schwarzes Loch hat, desto breiter ist sein Ereignishorizont. So ist ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse von 2,4 Milliarden Sonnen etwa 15,4 Milliarden Meilen (24,8 Milliarden km) breit, während ein stellarmassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse von etwa 30 Sonnen etwa 110 Meilen (177 km) breit wäre. Ein primordiales Schwarzes Loch mit der Masse eines Asteroiden wäre dagegen kleiner als die Breite eines Protons, des Teilchens, das im Herzen der Atome sitzt.Die Entstehung primordialer Schwarzer Löcher unterscheidet sich auch stark von den Entstehungsmechanismen der zuvor genannten „astrophysikalischen“ Schwarzen Löcher. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich diese winzigen schwarzen Löcher nicht aus Sternen, sondern aus winzigen Schwankungen in der Energie- und Materiedichte im Kosmos vor 13,8 Milliarden Jahren gebildet haben.

Ein Diagramm zeigt die Entwicklung von Schwarzen Löchern im Laufe der Geschichte des Universums (Bildnachweis: ESA)

Stojkovic begann, über ursprüngliche Schwarze Löcher zu theoretisieren, als er sich fragte, ob sie in einem Planeten, Mond oder Asteroiden gefangen sein könnten und was passieren würde, wenn ein solcher Einfang stattfände.

„Wenn das Objekt einen flüssigen zentralen Kern hat, dann kann ein eingefangenes primordiales Schwarzes Loch den flüssigen Kern absorbieren, dessen Dichte höher ist als die Dichte der äußeren festen Schicht“, sagte Stojkovic.

Wenn der ausgehöhlte Planet dann von einem anderen Weltraumfelsen getroffen wird, könnte das ursprüngliche Schwarze Loch aus dieser leeren Planetenhülle entweichen.

Was dann mit dieser Hülle geschieht, hängt von der Zusammensetzung des Planeten und seiner Größe ab. Stojkovic und sein Mitautor, De-Chang Dai von der Nationalen Dong Hwa Universität, fanden heraus, dass ein Planet, für den berechnet wurde, dass ein solches hohles Objekt nicht größer als ein Zehntel der Breite der Erde sein könnte, als hohle Hülle überleben könnte.

„Wenn er noch größer ist als das, wird er kollabieren“, sagte Stojkovic.

Das heißt, wenn Wissenschaftler nach Planeten suchen, die von urzeitlichen Schwarzen Löchern ausgehöhlt wurden, dann sind kleinere Kleinplaneten die beste Wahl: Solche ausgehöhlten Welten könnten mit Teleskopen aufgespürt werden, und ihre Masse könnte mit Hilfe von Berechnungen der Umlaufbahn des Objekts bestimmt werden.

Eine Illustration zeigt einen Planeten, der von einem urzeitlichen Schwarzen Loch ausgehöhlt wurde. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Die Situation ist etwas anders, wenn ein primordiales Schwarzes Loch ein Objekt ohne flüssigen Kern durchquert.

Das Team vermutet, dass in diesem Fall das ursprüngliche Schwarze Loch einen winzigen Tunnel bilden würde. Ein primordiales Schwarzes Loch mit einer Masse von 10

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Gramm würde ein nur 0,1 Mikrometer dickes Loch bohren. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 70 Mikrometer dick.

Während es unmöglich wäre, ein solches Loch in einem fernen Planeten zu entdecken, könnte eine dicke Platte aus Metall oder einem anderen dichten Material auf der Erde als effektiver Detektor für den Durchgang eines ursprünglichen Schwarzen Lochs dienen.

Das Team fand heraus, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein primordiales Balkenloch ein Objekt auf der Erde durchquert, verschwindend gering ist. Das bedeutet, dass der wahrscheinlichste Weg, einen solchen Durchgang zu entdecken, die Untersuchung von Gestein ist, das seit Milliarden von Jahren existiert.

Selbst dann beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass ein winziges Schwarzes Loch, das durch den Urknall entstanden ist, ein so altes Objekt durchquert hat, nur 0,000001!

Für Stojkovic ist der Versuch, einen solchen Durchgang nachzuweisen, dennoch lohnenswert, da das Risiko dafür gering ist.

„Man muss die Kosten gegen den Nutzen abwägen. Kostet es viel, dies zu tun?“, sagte er. „Nein, ist es nicht.“

Was ist zu tun, wenn Sie oder Ihre Katze von einem schwarzen Loch getroffen werden?

OK, wenn wir schon beim Thema Risiko sind, sollten wir auch erwähnen, welches Risiko für Sie (oder Ihre Katze) besteht, wenn Sie von einem urzeitlichen Schwarzen Loch getroffen werden.

Erstens ist die Wahrscheinlichkeit, dass dies in Ihrem Leben oder im Leben Ihrer Katze passiert, unglaublich gering.

Aber wenn es doch passiert, ist die Oberflächenspannung deines Körpers und deiner Katze viel kleiner als die eines Planeten oder eines prähistorischen Gesteinsbrocken. Das bedeutet, dass ein urzeitliches Schwarzes Loch dich nicht zerreißen würde (puh!). Obwohl das urzeitliche Schwarze Loch eine große Menge an kinetischer Energie mit sich führen würde, würde es sich auch mit enormer Geschwindigkeit fortbewegen. Wenn sich ein Projektil schneller als mit Schallgeschwindigkeit durch ein Medium bewegt, hat die Molekularstruktur des Mediums keine Zeit zu reagieren“, erklärt Stojkovic. „Wirft man einen Stein durch ein Fenster, wird er wahrscheinlich zerspringen. Schießt man mit einer Pistole auf ein Fenster, bleibt wahrscheinlich nur ein Loch zurück.“

Was man tut, wenn man von einem urzeitlichen Schwarzen Loch getroffen wird… nichts, man wird es nicht einmal wissen (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Wenn dir die Vorstellung, mit hoher Geschwindigkeit von einem urzeitlichen Schwarzen Loch getroffen zu werden und nichts zu spüren, unwahrscheinlich erscheint, bedenke Folgendes:

Während Sie diesen Satz lesen, sind Hunderte von Billionen Neutronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch Ihren Körper geflossen, und Sie haben nichts gespürt. Diese Teilchen werden nicht umsonst als „Geisterteilchen“ bezeichnet. Vielleicht könnten wir die ursprünglichen Schwarzen Löcher in „Geister-Schwarze Löcher“ umbenennen, wenn Stojkovic Recht behält.

Auch wenn dies alles sehr spekulativ erscheinen mag, ist Stojkovic der Meinung, dass theoretische Studien wie diese von entscheidender Bedeutung sind und dazu geführt haben, dass viele Konzepte, die einst als unwahrscheinlich galten, zu akzeptierten Elementen der Wissenschaft wurden.

Er glaubt, dass diese Art von unkonventionellem Denken dazu beitragen könnte, jahrzehntelange Probleme in der Physik zu lösen, insbesondere die Natur der dunklen Materie.

„Die klügsten Köpfe der Welt arbeiten seit 80 Jahren an diesen Problemen und haben sie immer noch nicht gelöst“, schloss Stojkovic. „Wir brauchen keine einfache Erweiterung der bestehenden Modelle. Stojkovics Forschungsarbeit wurde in der Zeitschrift Physics of the Dark Universe veröffentlicht.