Zwei Physiker denken, wir sollten prüfen, ob sich in unserem Sonnensystem ein altes, grapefruitgroßes Schwarzes Loch versteckt. Und dieses winzige, schwere Objekt könnte tatsächlich den Platz eines theoretischen Planeten einnehmen, von dem einige Forscher glauben, dass er an anderen Objekten in unserem Sonnensystem, dem sogenannten Planeten 9, zerrt.
Bedeutet das, dass sich wirklich ein schwarzes Loch in unserer Ecke des Weltraums versteckt? Nein, sagten die Forscher.
Aber sie haben ein Argument für seine Existenz zusammengestellt, das ihrer Meinung nach zwingend genug ist, um es wert zu sein, untersucht zu werden.
So geht's:
Weit entfernt im äußeren Bereich des Sonnensystems, hinter dem Neptun, unserem entferntesten bekannten Planeten, umkreist, gibt es eine Handvoll kleiner Objekte, die sich seltsam verhalten. Diese "transnuptunischen Objekte" (TNOs) gruppieren sich auf ungewöhnliche Weise und neigen dazu, sich um Achsen zu drehen, die auf einen breiten Streifen des Himmels zeigen, weg von den größeren bekannten Planeten. Kritisch gesehen kreisen die TNOs auch in einer anderen Ebene als die acht bekannten Planeten. Das deutet darauf hin, dass etwas anderes mit seiner Schwerkraft an ihnen zieht.
Einige Astronomen haben sich dieses seltsame Muster angesehen, einige Berechnungen durchgeführt und sind zu dem Schluss gekommen, dass es da draußen einen anderen Planeten geben muss, der 10- bis 20-mal so groß wie die Masse der Erde ist und einer wackeligen Umlaufbahn folgt, die ihn viele hundert Mal von der Erde entfernt ist Sonne. Es ist eine bizarre Theorie, die normalerweise "Planet 9" genannt wird, aber von Astronomen ernst genommen wird. Die Jagd nach Planet 9 dauert seit Jahren an. Astronomen scannen mit visuellem Licht und Infrarot-Teleskopen die äußersten Teile des Sonnensystems.
"Wir haben festgestellt, dass die Schwerkraft das Wichtigste ist", sagte Jakub Scholtz, Physiker an der Durham University in England und einer der beiden Astronomen, die hinter dieser Idee stehen. "Es muss kein Planet sein. Die banalste oder vielleicht vernünftigste Erklärung ist, dass es ein Planet ist. Aber als theoretische Physiker wissen wir, dass die Kosmologie des frühen Universums sehr leicht eine Reihe sehr interessanter neuer theoretischer Theorien einführen kann Körper - einer davon ... sind ursprüngliche Schwarze Löcher. "
Ursprüngliche Schwarze Löcher sind unterschiedlich
Wenn wir über Schwarze Löcher sprechen, meinen wir normalerweise riesige Objekte, die entstehen, wenn Riesensterne in sich zusammenfallen und ihre Massen in unendlich dichten Singularitäten einfangen, umgeben von riesigen "Ereignishorizonten", aus denen kein Licht entweichen kann. Einige Kosmologen glauben jedoch, dass in den ersten Momenten des Universums, als alles heiß und dicht war und vom Urknall wegstürzte und sich noch keine Sterne gebildet hatten, bereits schwarze Löcher auftauchten.
Diese Urgeister der Erschaffung des Universums hätten sich gebildet, wenn Stücke dieser frühen Materie so fest zusammengedrückt worden wären, dass sie sich zu Singularitäten verdichteten.
"Dieser Teil des Universums ist so dicht, dass er nur zu einem Schwarzen Loch wird", sagte Scholtz gegenüber Live Science.
Diese Schwarzen Löcher wären kleiner als stellare Schwarze Löcher, die aus zusammenbrechenden massiven Sternen entstanden sind, sagte James Unwin, Physiker an der Universität von Chicago und Mitautor des Papiers. Und nach einigen Modellen wären sie nur ein paar Mal schwerer als die Erde.
Ein schwarzes Loch dieser Masse würde nicht nach vielem aussehen, sagte Unwin. Sein Ereignishorizont wäre winzig - ungefähr so groß wie eine Grapefruit, wenn sie fünfmal so groß wie die Masse der Erde ist, und so groß wie eine Bowlingkugel, wenn sie zehnmal so groß wie die Masse der Erde ist. Aber die Schwerkraft ist die Schwerkraft. Wenn ein PBH seinen Weg in unser Sonnensystem finden würde, würde dieses Schwarze Loch die Sonne umkreisen wie ein Planet und Zwergplaneten und Asteroiden wie der theoretische Planet 9 ziehen. Es würde keine Möglichkeit geben, die Auswirkungen der Schwerkraft eines Planeten von denen eines ursprünglichen Schwarzen Lochs derselben Masse zu unterscheiden.
Dieselben Modelle, die ursprüngliche Schwarze Löcher erzeugen, bieten laut Unwin auch die beste Erklärung dafür, wie der Higgs-Mechanismus (von dem angenommen wird, dass er alle Teilchen mit Masse erfüllt) und andere grundlegende Physik in das Universum gelangten. Es gibt also gute Gründe zu der Annahme, dass diese Dinge existieren, unabhängig davon, ob sie seitdem in unserem Sonnensystem oder einem anderen Sternensystem gelandet sind oder nicht. Aber niemand hat jemals einen gefunden.
Schwarze Löcher biegen Licht
Es gibt jedoch einige neuere Beweise, die darauf hindeuten, dass sie tatsächlich existieren könnten, sagte Unwin.
"Ich denke, das ist in der Community ziemlich unbekannt", sagte Unwin, "und wir versuchen wirklich, die Aufmerksamkeit auf sich zu ziehen."
In Polen gibt es ein Experiment namens Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE). Es scannt den Himmel nach Hinweisen auf "Mikrolinsen" durch Gravitation, Orte im Weltraum, an denen die Schwerkraft eines Planeten oder eines anderen Objekts den Weg eines Lichtstrahls gebogen hat und ihn auf die Erde trifft. Bei den von OGLE untersuchten Sternen sieht diese leichte Biegung so aus, als würde sich der Stern kurz aufhellen.
Aber OGLE hat etwas Seltsames gemeldet, sagten sie. Sechsmal wurden sehr kurze Mikrolinsenereignisse mit einer Länge von weniger als 0,3 Tagen festgestellt, die auf sehr schnell bewegte Objekte zwischen 0,5 Erdmassen und 20 Erdmassen hinweisen, die an Sternen vorbeiziehen. So sehen Planeten für OGLE nicht aus, sagte Unwin, und es gibt guten Grund zu der Annahme, dass es sich bei den sechs Objekten möglicherweise um ursprüngliche Schwarze Löcher handelt. (Eine andere Möglichkeit sind sich sehr schnell bewegende "frei schwebende Planeten", die sich außerhalb von Sternensystemen bewegen, aber aktuelle Planetenmodelle würden nicht vorhersagen, dass viele solcher Planeten um das Universum zoomen.)
Wenn diese sechs Objekte kleine, alte Schwarze Löcher wären, sagte Scholtz, dann bedeutet das, dass solche Schwarzen Löcher im Universum nicht so selten sind. Man würde nicht erwarten, dass sie in jedem Sternensystem auftauchen, sagte er. Und die meisten würden frei durch den Raum schweben. Aber es wäre nicht schrecklich schockierend, wenn unser System Glück hätte und eins aufgreifen würde, sagte er.
Die Planet 9-Black-Hole-Theorie erklärt dann zwei Rätsel: die transneptunische Objektanomalie und die OGLE-Anomalie.
"Diese beiden Dinge weisen auf den gleichen Massenbereich hin", sagte Unwin. "Das hat uns ziemlich aufgeregt."
"Das ist der Schlüssel", fügte Scholtz hinzu. "Der fehlende Planet liegt irgendwo zwischen vielleicht fünf und 20 Erdmassen, und die OGLE-Beweise zeigen irgendwo zwischen 0,5 und 20 Erdmassen. Das ist also ein ziemlicher Zufall."
Wenn sich die TNO-Anomalie tatsächlich als schwarzes Loch herausstellt, sagte Unwin, ist das eine große Sache. Es würde die Existenz ursprünglicher Schwarzer Löcher beweisen und einen Massenbereich für sie festlegen, der erklären würde, wann genau in der Geschichte des Universums sie sich gebildet haben - was dann erklären würde, wie viele andere Teile der Physik entstanden sind.
Bedeutet das, dass entweder Forscher davon überzeugt sind, dass es ein Schwarzes Loch in unserem Sonnensystem gibt, oder sogar denken, dass es wahrscheinlich eines gibt? Nein, sagten beide. Es ist möglich, dass die TNO-Anomalie nicht wirklich auf ein einzelnes schweres Objekt hinweist oder dass die OGLE-Anomalie ein Zufall oder das Ergebnis einer fehlerhaften Ausrüstung ist.
Existiert Planet 9 überhaupt?
Einige Astronomen bezweifeln, dass da draußen überhaupt etwas ist.
"Ich weiß nicht genug über PBHs, um zu wissen, wie viel Bestand ich in die Plausibilität eines solchen im fernen Sonnensystem stecken kann", sagte Nathan Kaib, ein Astronom an der Universität von Oklahoma, der nicht an der Arbeit von Unwin und Scholtz beteiligt war . "Ich werde jedoch sagen, dass ich etwas skeptisch gegenüber der Notwendigkeit von Planet 9 bin."
Die Orbitalanomalie des TNO (transneptunisches Objekt) scheint real zu sein, sagte er, aber diese Vorstellung, dass sich der Planet dort draußen hinter den TNOs versteckt, erklärt es nicht so gut. Und wie er in einem Artikel schrieb, der am 2. Juli im Astronomical Journal veröffentlicht wurde, würde man erwarten, dass Planet 9 andere Anomalien erzeugt, die in den Daten nicht aufgetaucht sind.
"Dies lässt mich etwas skeptisch gegenüber der Existenz des Planeten sein, und wenn die PBH die gleichen ... Effekte wie der Planet erzeugen soll, würde ich auch genauso skeptisch sein, aber das ist ziemlich unabhängig von der Idee von PBHs selbst ", sagte Kaib.
Aber einige Astronomen glauben immer noch, dass es da draußen einen Planeten gibt. Und diese Beweise sind stark genug, und die Jagd nach einem Planeten hat lange genug gedauert, sagte Unwin, dass es sich zumindest lohnt zu untersuchen, ob ein planetähnliches Objekt, das kein Planet ist, den Effekt verursacht.
Eine Möglichkeit zur Überprüfung, so schlugen sie in einem noch nicht von Experten geprüften Artikel vor, der online auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht wurde, besteht darin, nach Anzeichen für eine "Vernichtung der Dunklen Materie" zu suchen. Theorien über PBHs deuten darauf hin, dass sie von dichten Lichthöfen dunkler Materie umgeben sind, die selbst nach Milliarden von Jahren des Umherwanderns des Universums teilweise intakt überleben könnten. Und einige Theorien der Dunklen Materie legen nahe, dass ihre Teilchen manchmal "vernichten" und sich in Gammastrahlenphotonen verwandeln. Wir könnten möglicherweise diese Photonen auf der Erde entdecken.
(Eine solche Entdeckung würde ein drittes großes Rätsel der Physik für diejenigen, die den Überblick behalten, endgültig lösen: ob dunkle Materie sich in Teilchen verwandeln kann, die wir aus dem leuchtenden Universum erkennen.)
Unsere Teleskope haben diese Gammastrahlenphotonen möglicherweise bereits aufgenommen, schrieben die Forscher. Der nächste Schritt besteht also darin, die Daten des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops zu durchsuchen, das weite Himmelsflecken nach Partikeln absucht, um festzustellen, ob sie Hinweise darauf finden.
Bei der Gelegenheit, dass die Gammastrahlenjagd ein winziges Schwarzes Loch auftaucht, sind die Möglichkeiten endlos, sagte Scholtz. Wir könnten sogar eine Mission dorthin schicken, sagte er.
"Dies ist möglicherweise eine Gelegenheit, mit einem echten Schwarzen Loch zu spielen", sagte er. "Wie aufregend ist das?"
Trotzdem setzt noch niemand darauf.
