Die Verteilung der dunklen Materie im Galaxienhaufen Abell 3827 erscheint auf diesem Foto des Hubble-Weltraumteleskops als blaue Konturlinie.
(Bild: © ESO / R. Massey)
Weiße Löcher, die theoretisch die genauen Gegensätze von Schwarzen Löchern sind, könnten einen Großteil der mysteriösen dunklen Materie ausmachen, von der angenommen wird, dass sie den größten Teil der Materie im Universum ausmacht, so eine neue Studie. Und einige dieser bizarren weißen Löcher könnten sogar vor dem Urknall liegen, sagten die Forscher.
Schwarze Löcher besitzen Gravitationskräfte, die so stark sind, dass nicht einmal Licht, das schnellste Ding im Universum, ihnen entkommen kann. Die unsichtbare sphärische Grenze, die den Kern eines Schwarzen Lochs umgibt und dessen Punkt ohne Rückkehr markiert, wird als Ereignishorizont bezeichnet. [Bilder: Schwarze Löcher des Universums]
Ein Schwarzes Loch ist eine Vorhersage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Ein anderes ist als weißes Loch bekannt, das umgekehrt wie ein schwarzes Loch ist: Während nichts aus dem Ereignishorizont eines schwarzen Lochs entweichen kann, kann nichts in den Ereignishorizont eines weißen Lochs eintreten.
Frühere Forschungen haben gezeigt, dass Schwarze und Weiße Löcher miteinander verbunden sind, wobei Materie und Energie in ein Schwarzes Loch fallen, das möglicherweise aus einem Weißen Loch entweder irgendwo anders im Kosmos oder in einem anderen Universum vollständig austritt. 2014 schlugen Carlo Rovelli, ein theoretischer Physiker an der Universität Aix-Marseille in Frankreich, und seine Kollegen vor, dass Schwarze und Weiße Löcher auf andere Weise miteinander verbunden werden könnten: Wenn Schwarze Löcher sterben, könnten sie zu Weißen Löchern werden.
In den 1970er Jahren berechnete der theoretische Physiker Stephen Hawking, dass alle Schwarzen Löcher durch Emission von Strahlung Masse verdampfen sollten. Schwarze Löcher, die mehr Masse verlieren als sie gewinnen, werden voraussichtlich schrumpfen und letztendlich verschwinden.
Rovelli und seine Kollegen schlugen jedoch vor, dass schrumpfende Schwarze Löcher nicht verschwinden könnten, wenn das Gefüge von Raum und Zeit Quanten wäre - das heißt aus unteilbaren Größen, die als Quanten bekannt sind. Raumzeit ist ein Quantum in der Forschung, das versucht, die allgemeine Relativitätstheorie, die die Natur der Schwerkraft erklären kann, mit der Quantenmechanik, die das Verhalten aller bekannten Teilchen beschreiben kann, zu einer einzigen Theorie zu vereinen, die alle Kräfte des Universums erklären kann .
In der Studie von 2014 schlugen Rovelli und sein Team vor, dass das sterbende Schwarze Loch, sobald ein Schwarzes Loch so weit verdunstet war, dass es nicht weiter schrumpfen konnte, weil die Raumzeit nicht in etwas Kleineres gepresst werden konnte, zu einem Weiß zurückprallen würde Loch.
"Wir sind auf die Tatsache gestoßen, dass ein Schwarzes Loch am Ende seiner Verdunstung zu einem weißen Loch wird", sagte Rovelli gegenüber Space.com.
Heutzutage wird angenommen, dass sich Schwarze Löcher bilden, wenn massive Sterne bei riesigen Explosionen sterben, die als Supernovas bekannt sind und ihre Leichen zu unendlich dichten Punkten komprimieren, die als Singularitäten im Herzen von Schwarzen Löchern bekannt sind. Rovelli und seine Kollegen schätzten zuvor, dass ein Schwarzes Loch mit einer Masse, die der der Sonne entspricht, etwa das Billiardenfache des gegenwärtigen Alters des Universums benötigt, um sich in ein Weißes Loch umzuwandeln. [Supernova-Fotos: Großartige Bilder von Sternexplosionen]
Frühere Arbeiten in den 1960er und 1970er Jahren deuteten jedoch darauf hin, dass Schwarze Löcher aufgrund zufälliger Dichteschwankungen im heißen, sich schnell ausbreitenden Neugeborenenuniversum auch innerhalb einer Sekunde nach dem Urknall entstanden sein könnten. Bereiche, in denen diese Schwankungen Materie zusammen konzentrierten, könnten zusammengebrochen sein und schwarze Löcher bilden. Diese sogenannten ursprünglichen Schwarzen Löcher wären viel kleiner als Schwarze Löcher mit Sternmasse und könnten im Leben des Universums gestorben sein, um weiße Löcher zu bilden, stellten Rovelli und seine Kollegen fest.
Selbst weiße Löcher mit mikroskopischen Durchmessern können immer noch ziemlich massiv sein, genauso wie schwarze Löcher, die kleiner als ein Sandkorn sind, mehr wiegen können als der Mond. Nun schlagen Rovelli und die Co-Autorin der Studie, Francesca Vidotto, von der Universität des Baskenlandes in Spanien vor, dass diese mikroskopisch kleinen weißen Löcher dunkle Materie bilden könnten.
Obwohl angenommen wird, dass dunkle Materie fünf Sechstel aller Materie im Universum ausmacht, wissen Wissenschaftler nicht, woraus sie besteht. Wie der Name schon sagt, ist dunkle Materie unsichtbar; Es emittiert, reflektiert oder blockiert kein Licht. Infolgedessen kann dunkle Materie derzeit nur durch ihre Gravitationseffekte auf normale Materie wie Sterne und Galaxien verfolgt werden. Die Natur der Dunklen Materie ist derzeit eines der größten Geheimnisse der Wissenschaft.
Die lokale Dichte der dunklen Materie, wie sie durch die Bewegung der Sterne in der Nähe der Sonne nahegelegt wird, beträgt etwa 1 Prozent der Sonnenmasse pro Kubikparsec, was etwa 34,7 Kubiklichtjahren entspricht. Um diese Dichte mit weißen Löchern zu erklären, berechneten die Wissenschaftler dieses winzige weiße Loch - viel kleiner als ein Proton und etwa ein Millionstel Gramm, was etwa der Masse von "einem halben Zoll eines menschlichen Haares" entspricht, Rovelli sagte - wird pro 2.400 Kubikmeilen (10.000 Kubikkilometer) benötigt.
Diese weißen Löcher würden keine Strahlung emittieren, und da sie viel kleiner als eine Lichtwellenlänge sind, wären sie unsichtbar. Wenn ein Proton auf eines dieser weißen Löcher treffen würde, würde das weiße Loch "einfach abprallen", sagte Rovelli. "Sie können nichts schlucken." Wenn ein Schwarzes Loch auf eines dieser weißen Löcher stoßen würde, wäre das Ergebnis ein einzelnes größeres Schwarzes Loch, fügte er hinzu. Als ob die Idee von unsichtbaren, mikroskopisch kleinen weißen Löchern von Anfang an nicht wild genug wäre, schlugen Rovelli und Vidotto weiter vor, dass einige weiße Löcher in diesem Universum tatsächlich vor dem Urknall liegen könnten. Zukünftige Forschungen werden untersuchen, wie solche weißen Löcher aus einem früheren Universum helfen könnten, zu erklären, warum die Zeit in diesem aktuellen Universum nur vorwärts und nicht auch rückwärts fließt, sagte er.
Rovelli und Vidotto erläuterten ihre Ergebnisse online am 11. April in einem Artikel, der beim jährlichen Wettbewerb der Gravity Research Foundation für Aufsätze zur Gravitation eingereicht wurde.
