30 mei 2024

Bestaat donkere materie wellicht uit ultralichte primordiale zwarte gaten?

Impressie van een zwaartekrachtlens als een zwart gat voor een ster langs schuift. Credit: NASA’s Goddard Space Center.

Indirecte bewijzen voor het bestaan van donkere materie zijn er genoeg, alleen is er nooit één directe waarneming van gedaan. Er zijn daarom ook geen concrete aanwijzingen voor wat donkere materie precies is, waar het uit bestaat. Een al langer bestaande hypothese is dat donkere materie gevormd wordt door primordiale zwarte gaten, ook wel oer-zwarte gaten genoemd. Dat zijn hypothetische zwarte gaten die kort na de oerknal in de extreme omstandigheden die toen heersten ontstonden. In de fluctuaties die er in de materie en ruimtetijd toen waren zouden kleine zwarte gaten met de massa van een flink gebergte kunnen ontstaan en die zouden mogelijk de donkere materie kunnen vormen.

De hypothese dat primordiale zwarte gaten donkere materie vormen leek eerlijk gezegd al dood en begraven te zijn omdat waarnemingen aan micro-zwaartekrachtlenzen de hypothese tegenspreken. Als primordiale zwarte gaten zouden bestaan zou je veel van die lenzen moeten zien: passeert zo’n zwart gat precies tussen ons op aarde en een verder van ons staande ster dan zou dat te zien moeten zijn als een zwaartekrachtlens en zou de lichtkracht van de ster korte tijd veranderen, iets dat zichtbaar is met telescopen. Maar die microlenzen zijn niet zo vaak waargenomen dat ze de hypothese van primordiale zwarte gaten als donkere materie ondersteunen.

Credit: S. Profumo

S. Profumo (Universiteit van Californië) heeft de theorie weer nieuw leven ingeblazen en wel door niet te kijken naar ‘klassieke’  primordiale zwarte gaten, maar naar ultralichte zwarte gaten uit de oerknal. Die zijn zo klein dat we in theorie de Hawkingstraling van ze moeten zien, de door Stephen Hawkins voorspelde straling. Bij grotere zwarte gaten moeten we bijgans een eeuwigheid wachten om die straling te zien, die ze met name uitzenden als ze bijna dood zijn (jawel, ook zwarte gaten hebben niet het eeuwige leven). Hoe de ultralichte zwarte gaten die Hawkingstraling precies uitzenden is exact het onderwerp dat Profumo onderzocht heeft en er lijken drie mogelijkheden te zijn. Alles zou in één keer uitgestraald kunnen worden, hetgeen hier te zien zal zijn als een uitstoot van hoogenergetische deeltjes. Het kan ook zijn dat er iets is dat zo’n uitstoot verhinderd en het zwarte gat toch blijft bestaan in een soort van evenwichtstoestand. Van die mogelijkheid is er nog een variant – de derde mogelijkheid – dat de waarneemhorizon van het zwarte gat verdwijnt en er een zogeheten naakte singulariteit overblijft. Het hangt allemaal sterk af van de details (zie de grafiek hierboven), maar volgens Profumo zouden we van de drie mogelijkheden van het einde van de ultralichte zwarte gaten een signaal kunnen detecteren met de Fermi ruimtetelescoop of met de volgende generatie van neutrinodetectoren.

Meer hierover vind je in het vakartikel van Profumo, S. “Ultralight Primordial Black Holes.” arXiv preprint arXiv:2405.00546 (2024).

Bron: Koberlein.

Share

Comments

  1. Leo vuyk zegt

    Als zonnevlekken en cometen micro dark matter black holes zijn . lijkt dat inderdaad mogelijk Wel hebben we te maken met een nieuw : Penrose/ Hawking zwart gat, dat op de “trapped space horizon ” baryonen produceert en afstoot.

Speak Your Mind

*