Wie entsteht ein primordiales Schwarzes Loch?
Wir kennen derzeit im Universum zwei Arten von Schwarzen Löchern, sogenannte "stellare Schwarze Löcher", die in einer Supernova-Explosion am Ende des Lebens eines massereichen Sterns entstehen können, und sogenannte "supermassive" oder "massereiche" Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien, in die im Verlauf der Geschichte des Kosmos Millionen bis Milliarden Sonnenmassen hineingestürzt sein müssen.
Wir haben Hinweise darauf, dass sich im Zentrum jeder Galaxie, die eine zentrale Verdickung von alten Sternen hat, so auch in unserer Milchstraße, ein massereiches Schwarzes Loch befindet. Völlig unverstanden ist noch, warum die Masse der zentralen Schwarzen Löcher direkt von der Masse der Galaxie abhängt. Die frühesten massereichen Schwarzen Löcher, die wir bisher beobachtet haben, sind in den am höchsten rotverschobenen Quasaren und müssen sich weniger als 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall, also in der Kinderstube des Kosmos, gebildet haben. Es ist in der Tat noch ein Rätsel, wie in so kurzer Zeit so viel Materie (etwa 1 Milliarde Sonnenmassen) in ein Schwarzes Loch hineinfallen konnte. Es scheint aber nicht völlig unmöglich zu sein.
Die bisher bekannten Schwarzen Löcher könnten sich im Prinzip alle im Lauf der kosmischen Geschichte aus Potentialfluktuation oder aus der normalen "baryonischen" Materie chemischer Elemente gebildet haben, die in den ersten drei Minuten nach dem Urknall entstanden ist, und sich dann durch die Sternenöfen sukzessive mit schweren Elementen angereichert haben.
Primordiale Schwarze Löcher wären dagegen solche, die sich direkt im Prozess des Urknalls und der unmittelbar danach erfolgenden Abkühlung gebildet haben. Je "kälter" es im Verlauf der ersten Sekunden nach dem Urknall wird, desto mehr Teilchensorten "frieren" aus der heißen Ursuppe aus. Dabei kommt es immer wieder zu dramatischen Phasenübergängen, zum Beispiel beim Übergang vom "Quark-Gluonen-Plasma" zum normalen baryonischen Plasma, oder bei der Paar-Vernichtung von Elektronen und Positronen.
Diese Phasenübergänge laufen im gesamten Universum fast gleichzeitig ab. Durch statistische Quantenprozesse werden dem Universum jedoch "primordiale Fluktuationen" überlagert, aus denen viel später dann großräumige Strukturen, Galaxienhaufen, Galaxien und letztendlich Sterne und Planeten werden. Es gibt Theorien, nach denen in gewissen ausgezeichneten Regionen des Raumes diese Fluktuationen bei den Phasenübergängen im frühen Universum so stark verstärkt werden, dass daraus unmittelbar primordiale Schwarze Löcher werden. Es gibt noch keine Beweise für die Existenz primordialer Schwarzer Löcher. Wie oben gesagt, können wir die Beobachtungen bisher ganz gut ohne sie erklären.
Die Frage wurde beantwortet von Prof. Dr. Günther Hasinger vom Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching.