Urzeitliche Schwarze Löcher können das Universum überfluten. Könnte man die Erde treffen?

Eine Künstlerin

Künstlerische Darstellung von Materie, die um ein Schwarzes Loch wirbelt. (Bildnachweis: NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital)



Paul M. Sutter ist Astrophysiker bei sonnig Stony Brook und das Flatiron Institute, Gastgeber von ' Frag einen Raumfahrer 'und ' Weltraumradio ,' und Autor von ' Wie man im Weltraum stirbt . ' Sutter hat diesen Artikel dazu beigetragen Expertenstimmen von demokratija.eu: Op-Ed & Insights .



Schwarze Löcher klingen ziemlich beängstigend – dunkel, mächtig, unheilvoll. Und jetzt haben Astrophysiker etwas anderes erfunden: urzeitliche Schwarze Löcher, die in den frühesten Momenten des Universums geschmiedet wurden und den heutigen Kosmos überfluten.

Wie stehen also die Chancen, dass eines dieser uralten Monster auf die Erde zuwandert? Ein Astrophysiker hat die Zahlen durchgespielt.



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Geboren im Urknall

Das frühe Universum war eine wilde, komplexe Zeit. Ganz anders als der sanftmütige Kosmos, den wir heute bewohnen, waren die frühesten Momente des Urknalls von radikalen Phasenübergängen, der Aufspaltung fundamentaler Elemente und anderen wilden Ereignissen geprägt. Während Wissenschaftler die Physik der ersten Minuten verstehen, ist das, was davor passiert ist, mysteriös (und eine Menge komplizierter Mathematik).

Sie brauchen einige ziemlich extreme Bedingungen, um Schwarze Löcher zu bilden – sagen wir, ein Stern kollabiert in den letzten, katastrophalen Momenten seines Lebens. In den ersten Sekunden der Existenz des Universums gab es keine Sterne, aber vielleicht gab es genau die richtigen Bedingungen, um Schwarze Löcher zu schmieden; Alles, was Sie brauchen, ist eine Menge Materie oder Energie in einem winzigen Volumen.



In den unbekannten und unerforschten Weiten der fernen Vergangenheit des Universums könnten die Bedingungen genau richtig gewesen sein, um das Universum mit urzeitlichen Schwarzen Löchern zu überfluten, die je nach den Bedingungen, unter denen sie hergestellt wurden, jede beliebige Masse haben können. Aber das Interesse an urzeitlichen Schwarzen Löchern nahm im Laufe der Jahrzehnte ab, als die Suche nach ihnen leer blieb – das heißt, bis wir das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hatten.

Wenn LIGO entdeckte seine erste Schwarze-Loch-Kollision , die Schwarzen Löcher hatten ziemlich eigenartige Massen; jede hatte ein paar Dutzend Sonnenmassen. Dieser Massenbereich ist mit Verschmelzungen von standardmäßigen sternbasierten Schwarzen Löchern schwer zu erreichen, da Verschmelzungen ein wenig zu häufig sein müssten, um plausibel zu sein). Und so standen urtümliche Schwarze Löcher, bevor man sich versah, wieder im Rampenlicht.

Eine dunkle Begegnung

Die Sache mit den Prozessen im frühen Universum ist, dass, wenn es einen exotischen Mechanismus gibt, der Schwarze Löcher erzeugen kann, er nicht einige von ihnen erzeugen wird – er wird das Universum mit ihnen überfluten. Tatsächlich könnte es genug urzeitliche Schwarze Löcher geben, die das Universum durchstreifen, um zumindest einen Teil der Dunklen Materie zu erklären, der mysteriösen Substanz, die über 80% der gesamten Materie im Kosmos ausmacht.



Nehmen wir an, ein ganzer Haufen kleiner schwarzer Löcher wimmelt im Kosmos, wie in einem kürzlich in der Preprint-Datenbank arXiv veröffentlichten Artikel vorgestellt wird. Was würde mit ihnen passieren?

Zum Glück sind Schwarze Löcher nicht zu 100% schwarz und verlieren durch Hawking-Strahlung an Masse, den komplexen quantenmechanischen Prozess am Ereignishorizont des Schwarzen Lochs, der es einigen Teilchen und Strahlung ermöglicht, zu entkommen. Je kleiner sie sind, desto schneller verlieren sie an Masse. Schwarze Löcher mit weniger als etwa 100 Millionen Tonnen – etwas leichter als ein typisches Asteroid – werden im gegenwärtigen Zeitalter des Universums etwa die Hälfte ihrer Masse verlieren. Aufgrund der Funktionsweise der Hawking-Strahlung verlieren schwarze Löcher, die größer sind, nur einen kleinen Bruchteil ihrer Masse.

Die Gesamtzahl der kleinen Schwarzen Löcher in jeder Galaxie hängt davon ab, wie viel von der Dunklen Materie Sie mit ihnen erklären möchten und wie groß jedes einzelne ist. Egal, wie Sie es schneiden, es gibt jedoch viele.

Und jeder ist schnell. Basierend auf Computersimulationen und Beobachtungen der Galaxiendynamik hat Dunkle Materie eine Geschwindigkeit von über hundert Meilen pro Sekunde. Bei dieser Geschwindigkeit könnte ein Schwarzes Loch mit Asteroidenmasse die Distanz zwischen Jupiter und Erde in nur ein paar Wochen. Sollten wir also Angst haben?

Die Zahlen laufen lassen

Was würde passieren, wenn ein Schwarzes Loch mit Asteroidenmasse die Erde treffen würde? Kurz gesagt, Katastrophe. Das Schwarze Loch würde die Oberfläche unseres Planeten durchbohren wie ein heißes Messer durch Butter, aber es würde aufgrund seiner gravitativen Wechselwirkung mit der Erde sofort langsamer werden. Jedes Atom oder Molekül (oder jede Person), das den Ereignishorizont schneidet – die Grenze des Schwarzen Lochs, über die nichts, nicht einmal Licht, entweichen kann – würde einfach aus dem bekannten Universum verschwinden und nie wieder gesehen werden.

Im besten Fall würde das Schwarze Loch auf der anderen Seite unseres Planeten austreten und die Überlebenden das Chaos beseitigen lassen. Im schlimmsten Fall würde sich das Schwarze Loch im Kern unseres Planeten niederlassen, wo es Schwere würde ausreichen, damit das Schwarze Loch mit der Nahrungsaufnahme beginnen kann. Schließlich würde es unseren gesamten Planeten verschlingen.

Zum Glück ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Schwarzes Loch im Erdkern ansiedeln wird, nach den Berechnungen in dem Papier eher gering. Schwarze Löcher sind einfach zu schnell.

Andererseits würde die Kreuzung unseres Planeten mit einem Schwarzen Loch zu einer anderen unangenehmen Realität führen: der Erwärmung. Während seines Durchgangs durch die Erde würde das Schwarze Loch Materie akkretieren, und diese Akkretion würde Wärme erzeugen (die gleiche Wärme, die aktive galaktische Kerne antreibt). Der Einschlag eines Schwarzen Lochs mit einer Masse von Asteroiden würde am Ende ungefähr die gleiche Energiemenge freisetzen wie der Einschlag eines kilometerbreiten Asteroiden.

Weißt du, a Dinosaurier-Killer .

Zum Glück sind Kollisionen von Schwarzen Löchern wahrscheinlich selten. Im „optimistischsten“ Szenario – optimistisch nach den Maßstäben der Wissenschaftler, das heißt, die Galaxie mit der maximalen Anzahl von Schwarzen Löchern bevölkert – könnte es nach den Berechnungen des Papiers etwa alle Milliarde Jahre eine Kollision geben.

Also, wenn es um Kollisionen von Schwarzen Löchern geht, haben Sie keine Angst.

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