So wollen Astrophysiker überprüfen, ob „Planet Neun“ ein urzeitliches Schwarzes Loch ist

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Künstlerische Darstellung einer Akkretions-Ausbruchs, die von der  Anziehung eines Kometen der Oortschen Wolke durch ein Primordiales Schwarzes Loch im äußeren Sonnensystem verursacht wird (Illu.). Copyright: M. Weiss / CfA

Künstlerische Darstellung einer Akkretions-Ausbruchs, die von der  Anziehung eines Kometen der Oortschen Wolke durch ein Primordiales Schwarzes Loch im äußeren Sonnensystem verursacht wird (Illu.).
Copyright: M. Weiss / CfA

Cambridge (USA) – US-Astrophysiker haben eine neue Methode entwickelt, um Schwarze Löcher im äußeren Sonnensystem zu suchen und – wenn erfolgreich – die wahre Natur eines anhand von Gravitationsanomalien im äußeren Sonnensystem vorhergesagten neun Planeten (Planet Nine) zu bestimmen.

Wie Wissenschaftler um Dr. Avi Loeb von der der Harvard University gemeinsam mit Kollegen der „Black Hole Initiative“ (BHI) vorab via ArXiv.org und in einer kommenden Ausgabe des Fachjournals „The Astrophysical Journal Letters“ berichten, könnte Fähigkeit der geplanten Mission „Legacy Survey of Space and Time“ (LSST), Akkretions-Ausbrüche zu beobachten, dabei helfen zu untersuchen, ob es sich bei „Planet Nine“ in Wirklichkeit um ein urzeitliches, sogenanntes Primordiales Schwarzes Loch handelt oder nicht.

Wie die Forscher berichten, handelt es sich dabei um hypothetische Ausbrüche von Kometen, die von einem solchen Schwarzen Loch abgelenkt bzw. von diesem verschluckt würden. Sollte es diese Ausbrüche geben, sollte LSST in der Lage sein, auf diese Weise ein solches Primordiales Schwarzes Loch im äußeren Sonnensystem zu entdecken.

Hintergrund
Astrophysiker unterscheiden bislang vier Arten Schwarzer Löcher: Supermassereiche Schwarze Löcher, die – wie das 4,1 Millionen Sonnenmassen schwere Objekt Sagittarius A* in unserer Milchstraße – das Zentrum von Galaxien bilden; Mittelschwere Schwarze Löcher mit einigen hundert bis wenigen tausend Sonnenmassen; die hier beschriebenen Stellaren Schwarzen Löcher; sog. Primordiale Schwarze Löcher, die sich bereits beim Urknall gebildet haben könnten und eine Masse von etwa einer Billion Kilogramm und kleiner als 0,1 mm wären; und Schwarze Mikro-Löcher mit einer Masse von weit unterhalb der Planck-Masse, wodurch sie (theoretisch) beim Betrieb von Teilchenbeschleunigern entstehen könnten.

Tatsächlich wurde aus diesem Grund seit 2008 gegen den Betrieb des LHC-Beschleunigers am CERN opponiert und sogar geklagt – die Klage 2012 aber letztinstanzlich abgelehnt. Die Kläger befürchteten, dass ein im LHC entstehendes Mikro-Loch in den Erdkern fallen, dort wachsen und schließlich die ganze Erde verschlingen könnte. Dagegen spricht, dass die Theorien, die die Mikro-Löcher vorhersagen, diesen gleichzeitig eine extrem geringe Lebensdauer zuschreiben. Außerdem, so legten Kritiker der einstigen Befürchtungen dar, sei etwas Vergleichbares trotz milliardenjahrelanger permanenter Kollision mit noch viel energiereicherer kosmischer Strahlung nicht vorgekommen.

“In der Nähe eines Schwarzen Lochs schmelzen kleine Körper, die sich ihm nähern, infolge der Erwärmung von Gas aus dem interstellaren Medium”, erläutert der Mitautor Amir Siraj. “Sobald sie schmelzen, sind die kleinen Körper durch das Schwarze Loch einer Gezeitenstörung ausgesetzt, gefolgt von einer Akkretion des durch die Gezeiten gestörten Körpers, wenn dieser sich dem Schwarzen Loch näher.” (Unter „Akkretion“ versteht man in der Astronomie den Vorgang, bei dem ein kosmisches Objekt Materie aufgrund seiner Gravitation bzw. von Gezeitenkräften aufsammelt.) Loeb fügte hinzu: “Da Schwarze Löcher von Natur aus dunkel sind, ist die Strahlung, die Materie auf ihrem Weg zur Mündung des Schwarzen Lochs abgibt, unsere einzige Möglichkeit, diese dunkle Umgebung zu beleuchten.”

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Mit der nun beschriebenen neuen Methode könnte diese Art Schwarzer Löcher mit Planetenmasse bis zum Rand der Oortschen-Wolke oder etwa hunderttausend astronomische Einheiten (AE = Astronomische Einheiten = Abstand Erde-Sonne) erkennen oder ausschließen.

“LSST soll ein weites Sichtfeld besitzen, das immer wieder den gesamten Himmel abdeckt und nach den beschriebenen Ausbrücken sucht”, So Loeb. “Andere Teleskope können gut auf ein bekanntes Ziel gerichtet werden, aber wir wissen nicht genau, wo wir nach Planet Neun suchen sollen. Wir kennen also nur grob jene Region, in der sich das Objekt möglicherweise befindet.” “Die Fähigkeit von LSST, den Himmel zweimal pro Woche zu überblicken, ist hierfür äußerst wertvoll. Darüber hinaus ermöglicht seine beispiellose Tiefe die Erkennung der Ausbrüche, wie sie aus relativ kleinen Impaktoren resultieren, die häufiger als große sind“, fügt Siraj hinzu.

Auch wenn Loeb und Kollegen derzeit der Erklärung für „Planet Neun“ (P9) als Primordiales Schwarzes Loch bevorzugen, sind auch sie von der Existenz eines schweren, noch unentdeckten Objekts im äußeren Sonnensystem überzeugt: „‘Planet Neun‘, um was auch immer es sich handelt, ist eine überzeugendes Konzept als  Erklärung für die beobachtete Häufung einiger Objekte mit gleichen abweichenden Umlaufbahnen außerhalb der Umlaufbahn von Neptun.

Hintergrund: Planet Nine
Jenseits der Umlaufbahn des Neptun liegt der Kuiper-Gürtel, der aus kleinen Körpern aus der Zeit der Entstehung unseres Sonnensystems besteht. Neptun und die Riesenplaneten beeinflussen gravitativ die Objekte im Kuiper-Gürtel und darüber hinaus, die gemeinsam als Trans-Neptunian Objects, also als transneptunische Objekte (TNOs) bekannt sind, und die die Sonne auf nahezu kreisförmigen Bahnen umkreisen.

Bahndiagramme von 9 transneptunischen Objekten, deren Bahn von Planet Nine beeinflusst sein könnte.
Copyright: Tomruen (via WikimediaCommons) CC BY-SA 4.0

Wenn die Existenz von Planet Neun durch eine direkte elektromagnetische Suche bestätigt wird, wäre dies die erste Entdeckung eines neuen Planeten im Sonnensystem in zwei Teilen Jahrhunderte, mit Ausnahme von Pluto“, so Siraj und fügte hinzu, dass die bisherige Nichtentdeckung von Licht eines Planeten oder andere neuere Modelle, wie der Vorschlag, Sonden zu senden, um den Einfluss der Gravitation zu messen – das Modell des Schwarzen Lochs faszinierend machen würde. “Es gab ein Viel Spekulation über alternative Erklärungen für die im äußeren Sonnensystem beobachteten anomalen Bahnen. Eine der vorgebrachten Ideen war die Möglichkeit, dass Planet Neun ein grapefruitgroßes Schwarzes Loch mit einer Masse sein könnte, die fünf- bis zehnmal so groß ist wie die der Erde.“

Das große wissenschaftliche Interesse an Planet Nine basiert sowohl auf der beispiellosen wissenschaftlichen Bedeutung, die ein bislang unentdeckter Planet aber natürlich auch die Entdeckung eines Schwarzen Lochs mit Planetenmasse im Sonnensystem haben würde. ” Planet Nine im Hinterhof unseres Sonnensystems zu entdecken, wäre geradeso, wie einen Cousin zu finden, der die ganze Zeit im Schuppen hinter Ihrem Haus lebte, von dem sie bislang aber keine Ahnung hatten“, so Loeb abschließend. “Das würde sofort gewaltige Fragen aufwerfen: Warum ist es dort? Wie hat es seine Eigenschaften erhalten? Hat es die Geschichte des Sonnensystems geprägt und gibt es vielleicht sogar mehr davon?”

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Quelle: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

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