Wissenschaftler entdeckten Gravitationswellen, die von „Dunkle-Materie-Teilchen“ herrühren könnten

Es könnten primordiale schwarze Löcher sein. Oder sogar dunkle Materie.

Gravitationswellen
Gravitationswellen, die von Dunkler-Materie-Teilchen kommen könnten?

Wir könnten an der Schwelle zu einem kolossalen Durchbruch in der Physik stehen.

Ein neuartiger Gravitationswellendetektor hat zwei ungewöhnliche Ereignisse aufgezeichnet, bei denen es sich um ursprüngliche Schwarze Löcher oder dunkle Materie handeln könnte, wie eine kürzlich in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlichte Studie zeigt.

Die meisten Detektoren können solche hochfrequenten Gravitationswellen nicht aufzeichnen, und die neuen Wellen sind anders als alle bisher beobachteten.

Hochfrequente Gravitationswellen könnten der Schlüssel zum Nachweis dunkler Materie sein

Gravitationswellen entstehen, wenn starke Kräfte Wellen im Gefüge der Raumzeit erzeugen, die Einstein vor mehr als einem Jahrhundert vorausgesagt hat, die aber erst vor kurzem, im Jahr 2015, empirisch beobachtet wurden. Der ersten Entdeckung folgten Dutzende weiterer, vor allem durch LIGO-ähnliche Einrichtungen, die Gravitationswellen mit Frequenzen zwischen 7 kHz und 30 kHz aufspüren können. Diese werden durch unvorstellbar starke Ereignisse verursacht, etwa wenn ein Neutronenstern in ein schwarzes Loch stürzt. Physiker haben jedoch auch vermutet, dass sich diese Wellen bei Frequenzen jenseits dieses Bereichs ausbreiten könnten. Zurzeit sind zwei Experimente auf der Suche nach vergleichsweise hochfrequenten Wellen, die auf andere Phänomene im Universum hindeuten könnten.

Und schließlich hat das erste Datenpaket zwei verdächtige Entdeckungen enthüllt, die entweder auf ursprüngliche schwarze Löcher oder sogar auf dunkle Materie hindeuten könnten.

Das Experiment wird vom ARC Center for Excellence for Dark Matter Particle Physics (CDM) in Zusammenarbeit mit der University of Western Australia geleitet und verwendet eine noch nie dagewesene Art von Gravitationswellendetektor, den sogenannten BAW-Resonator (Bulk Acoustic Wave). Bei dem Projekt wird eine Quarzkristallscheibe eingesetzt, die bei hohen Frequenzen vibriert, wenn sich akustische Wellen durch ihr Material ausbreiten, und dabei eine elektrische Ladung erzeugt, die von zwei benachbarten leitenden Platten erfasst wird. Anschließend wird das Signal durch ein supraleitendes Quanteninterferenzgerät (SQUID) geleitet, das das Signal verstärkt, das dann erfasst wird.

Die Ereignisse könnten primordiale schwarze Löcher oder dunkle Materie sein

Dieser Prozess ist zwar kompliziert, wird aber durch mehrere Abschirmungen von der elektromagnetischen Strahlung der Außenwelt abgeschirmt, und die Umgebung wird auf eine Temperatur von fast dem absoluten Nullpunkt unterkühlt (was das Signalrauschen weiter reduziert). All dies ermöglicht es dem technischen Wunderwerk, Wellen mit Frequenzen im MHz-Bereich zu erkennen. Das BAW-Projekt dauerte 153 Tage, mit zwei verschiedenen Durchläufen im Jahr 2019, in denen die Wissenschaftler zwei ungewöhnliche Ereignisse entdeckten. Das erste wurde am 12. Mai aufgezeichnet, das andere viel später, am 27. November. Beide wurden jedoch bei 5 MHz aufgezeichnet, was eine hohe Frequenz ist.

Das Rätsel besteht darin, die Ursache für diese Signale zu ermitteln, aber die Wissenschaftler haben hypothetische Lösungen: Es könnte sich um primordiale Schwarze Löcher handeln, die in dem wahnsinnigen Chaos unmittelbar nach dem Urknall entstanden sind (wir sprechen hier von Millisekunden nach dem Knall), und aus denen supermassive Schwarze Löcher hervorgegangen sein könnten, die im Zentrum von Galaxien im gesamten Kosmos zur Ruhe gekommen sind. Hochfrequente Gravitationswellen könnten von einem dieser urzeitlichen schwarzen Löcher ausgehen, was jedoch noch nicht empirisch nachgewiesen werden konnte. Die andere Möglichkeit ist vielleicht verlockender, obwohl sie ebenfalls noch nicht beobachtet wurde: eine Wolke aus Teilchen der dunklen Materie, die durch das Instrument rauscht.

Diese „Materie“ ist wahrscheinlich überall im Kosmos zu finden, interagiert aber mit unserer herkömmlichen Materie nur über ihren starken Gravitationseinfluss. Aber täuschen Sie sich nicht: Die Bestätigung einer dieser Möglichkeiten würde einen kolossalen Durchbruch in der modernen Physik bedeuten, weshalb wir uns davor hüten müssen, vorschnell zu handeln. Denn während dunkle Materie oder urzeitliche schwarze Löcher eine welthistorische Entdeckung darstellen würden, könnte es sich auch um etwas vergleichsweise Langweiliges handeln, wie einen Meteor oder einen zufälligen atomaren Prozess. Die Zeit wird zeigen, was die Wissenschaftler gerade erlebt haben.