Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Neutronenstern. Sie schweben glücklich im Weltraum, zu alt, um noch Kerne in Ihrem Kern zu verschmelzen, aber der Quantendruck Ihrer Neutronen und Quarks hält Sie leicht davon ab, unter Ihrem eigenen Gewicht zusammenzubrechen. Sie freuen sich auf einen langen stellaren Ruhestand der allmählichen Abkühlung. Dann werden Sie eines Tages von einem winzigen schwarzen Loch getroffen. Dieses Schwarze Loch hat nur die Masse eines Asteroiden, aber es führt dazu, dass Sie instabil werden. Die Schwerkraft zerquetscht Sie, während das Schwarze Loch Sie von innen nach außen verzehrt. Bevor du dich versiehst, bist du ein schwarzes Loch geworden.
Laut einer neuen Studie, die in . veröffentlicht wurdePhysische Überprüfungsschreiben, dieses Szenario könnte von Zeit zu Zeit passieren und könnte die Dunkle Materie und das kleinste Schwarze Loch, das wir beobachtet haben, erklären.
Neutronensterne haben typischerweise eine Masse zwischen 1,5 und 2 Sonnenmassen. Sie entstehen, weil der Quantendruck der Neutronen stark genug ist, um dem Gravitationsgewicht des Sterns entgegenzuwirken. Aber es gibt eine Grenze, wie viel Masse ein Neutronenstern haben kann. Es ist bekannt als Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV)-Grenze. Diese Grenze ist schwer zu berechnen, aber wir gehen davon aus, dass sie bei etwa 2,5 Sonnenmassen liegt. Alles, was über der TOV-Grenze liegt, sollte in ein Schwarzes Loch kollabieren.
Kollidierende Neutronensterne könnten Schwarze Löcher mit Sonnenmasse bilden. Credit: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science
Der größte Neutronenstern, den wir beobachtet haben, hat etwa 2,24 Sonnenmassen. Das kleinste Schwarze Loch, das wir beobachtet haben, hat etwa 2,6 Sonnenmassen. Einerseits scheint dies zu bestätigen, dass 2,5 Sonnenmassen eine ziemlich gute Schätzung des TOV-Limits sind. Auf der anderen Seite wirft dies eine interessante Frage auf, wie sich ein so kleines Schwarzes Loch gebildet haben könnte.
Viele Schwarze Löcher mit stellarer Masse entstehen, wenn ein großer Stern als Supernova explodiert. Sein Kern wird komprimiert und kollabiert durch die Schwerkraft. Basierend auf unserem Verständnis von großen Sternen sollten die kleinsten Schwarzen Löcher mit stellarer Masse etwa 4 Sonnenmassen haben. Schwarze Löcher könnten sich auch bilden, wenn zwei Neutronensterne kollidieren, oder vielleicht die Kollision eines Weißen Zwergs und eines Neutronensterns, aber diese sollten auch Schwarze Löcher mit mindestens 3 Sonnenmassen erzeugen.
Wie Schwarze Löcher mit Sonnenmasse entstehen könnten. Bildnachweis: Takhistov, et al
Wie entsteht also ein Schwarzes Loch mit nur 2,6 Sonnenmassen? Während eine Fusion kleine Schwarze Löcher erzeugen kann, untersucht diese neue Studie eine Alternative. Die Idee beinhaltet primordiale Schwarze Löcher. Diese hypothetischen Schwarzen Löcher könnten sich im frühen Universum gebildet haben, und könnte eine Masse kleiner als die Erde haben. Wenn primordiale Schwarze Löcher existieren, könnten sie mit einem Neutronenstern kollidieren und ihn in ein Schwarzes Loch mit Sonnenmasse kollabieren.
Obwohl die Idee bereits vorgeschlagen wurde, untersucht das Team in dieser Studie, wie dies mit dunkler Materie in Verbindung stehen könnte. Einige Astronomen haben vorgeschlagen, dass Dunkle Materie aus urzeitlichen Schwarzen Löchern bestehen könnte. Wenn das stimmt, muss der Kosmos mit urzeitlichen Schwarzen Löchern gefüllt sein, und Kollisionen mit Neutronensternen sollten üblich sein. Also untersuchte das Team die Massenverteilung bekannter Neutronensterne und berechnete die wahrscheinlichste Größe von Schwarzen Löchern mit Sonnenmasse. Es stellt sich heraus, dass es zwischen 1 und 2,5 Sonnenmassen liegt. Das kleinste Schwarze Loch, das wir beobachtet haben, könnte also durch eine ursprüngliche Kollision eines Schwarzen Lochs entstanden sein.
Dies ist eine interessante Idee, aber die aktuellen Beweise sind kaum zwingend. Da LIGO und Virgo jedoch mehr Kollisionen von Schwarzen Löchern beobachten, könnten sie viel mehr kleine Schwarze Löcher beobachten. Wenn dies der Fall ist, müssen wir uns diese Idee der Dunklen Materie möglicherweise genauer ansehen.
Referenz:Takhistov, Volodymyr, George M. Fuller und Alexander Kusenko. “ Test auf den Ursprung von Schwarzen Löchern mit Sonnenmasse . 'Physische Überprüfungsschreiben126,7 (2021): 071101.