Spektrum der Wissenschaft - Oktober 2017

Inflation

URKNALL

erste Sterne

(100 Millionen Jahre nach dem Urknall)

kosmische

Hintergrundstrahlung

Die größten primordialen Schwarzen

Löcher bildeten eine Milliarde Jahre

nach dem Urknall Keimzellen

für supermassereiche Schwarze

Löcher und Galaxien.

Die kosmische Inflation – eine explosive

Ausdehnung des Universums unmittelbar

nach dem Urknall – könnte winzige Quanten-

fluktuationen zu primordialen Schwarzen

Löchern aufgebläht haben.

Das Inflationsmodell der Autoren (rot) postu-

liert, anders als die einfachere übliche Theorie

(lila) einen breit gestreuten Bereich kleiner und

großer Dichtefluktuationen, die zu Clustern

von primordialen Schwarzen Löchern zwi-

schen einem Hundertstel und dem 10 000-Fa-

chen der Sonnenmasse anwuchsen.

1 Milliarde

Jahre

Zeit (nicht maßstabsgerecht)

8 Milliarden

Jahre

380 000

Jahre

Die übrigen Schwarzen Löcher lauern

heute unsichtbar als Dunkle Materie

in Galaxien beziehungsweise als Halos

um sie herum.

klein groß

Fluktuationsamplitude

groß

Skala der Fluktuationen

übliches Inflationsmodell

Modell der Autoren

Künftige Indizien

durch Gravitationswellen

Detektoren wie das Advanced LIGO in den USA und

Advanced Virgo in Italien dürften bald weitere

Verschmelzungen Schwarzer Löcher aufspüren. Eine

unerwartet große Anzahl solcher Ereignisse wäre ein

Hinweis auf einen Ursprung aus der Anfangszeit des Alls.

Unmittelbar vor ihrer Verschmelzung erzeugen die

Schwarzen Löcher die stärksten Gravitationswellen.

Danach klingt das Signal rasch ab.

Während sich die Schwarzen Löcher

immer enger und schneller umkreisen, steigt die

Frequenz der Gravitationswellen.

Wenn sich zwei Schwarze Löcher umeinander-

drehen, versetzt das die Raumzeit in regelmäßige

Schwingungen – Gravitationswellen entstehen.

Ein Gravitationswellendetektor misst die winzige

Längenänderung zweier senkrecht aufeinander-

stehender Arme eines Interferometers.

LIGO-Signal

0,

Zeit (Sekunden)

0,30 0,35 0,40 0,

beschleunigte Expansion des Alls

Zeit

Dichtefluktuationen

10 –

Sek.

Verschmelzung

13,7 Milliarden

Jahre (heute)

Schwarzes Loch 1 Schwarzes Loch 2

Annäherung

Schwarze Löcher umkreisen sich

Dichtefluktuationen formten im Lauf der Zeit

Schwarze Löcher.

Auslenkung am Detektor

16 Spektrum der Wissenschaft 10.

Primordiale

Schwarze Löcher

Keime

(^12) kosmischer Strukturen
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INFOGRAPHICS GROUP / CHRISTIAN EISENBERG; MITTE NACH: NASA; UNTEN NACH: GEORGE RETSECK (DICHTEFLUKTUATIONEN) UND JEN CHRISTIANSEN / SCIENTIFIC AMERICAN JULI 2017
URTÜMLICHE
PRODUKTE DES URKNALLS
Schwarze Löcher sind vielleicht schon im ersten Sekundenbruchteil des Kosmos
entstanden, als die Inflation – eine kurze Phase extremer Ausdehnung – subatomare
Dichteschwankungen auf gigantische Ausmaße aufblähte. Solche »primordialen«
Schwarzen Löcher hätten die späteren Strukturen im Universum nachhaltig ge-
prägt. Sie wären heute Kandidaten für die mysteriöse Dunkle Materie. Moderne
Gravitationswellendetektoren könnten helfen, sie bald aufzuspüren.