Eine Frage, die mich schon seit Jahren umtreibt: Woher wissen wir eigentlich, dass der Massenanteil an Schwarzen Löchern im Universum nicht ausreicht, um das Phänomen der sogenannten Dunklen Materie zu erklären? Ist es nicht möglich, dass die Gesamtanzahl und die Gesamtmasse Schwarzer Löcher deutlich unterschätzt werden? Gerade in der Jugendzeit des Universums sollten durch die damalige Bildung zahlreicher massereicher Sterne und deren Supernovae Unmengen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern entstanden sein. Über die Anzahl Schwarzer Löcher in der Größenordnung von etwa 5 bis 20 Sonnenmassen können wir eigentlich nur spekulieren. Ich könnte die Frage auch umformulieren: Woher wissen wir, dass der gravitative Effekt der Dunklen Materie nicht von bislang unentdeckten, frei vagabundierenden Schwarzen Löchern herrührt? Dr. Jürgen Kupka, Bad König

Die Frage, die Herr Kupka stellt, trifft einen wichtigen Nagel genau auf den Kopf. Weite Massenbereiche können wir aufgrund ganz verschiedener Beobachtungen oder Effekte ausschließen: Schwarze Löcher mit Massen unterhalb von 10¹⁷ Gramm wären inzwischen aufgrund ihrer Hawking-Strahlung verdampft und hätten sich somit komplett in elektromagnetische Strahlung aufgelöst. Die Nichtbeobachtung riesiger Anzahlen von Gravitationslinsen setzt enge Grenzen oberhalb von etwa 10²¹ Gramm, die Emission von Gravitationswellen und andere Effekte schließen Massen ab etwa 10³¹ Gramm, also rund 0,01 Sonnenmassen, aus. Das betrifft insbesondere alle stellaren und extrem massereichen Schwarzen Löcher. Ein Beispiel: Wenn stellare Löcher von im Durchschnitt zehn Sonnenmassen die gesamte Dunkle Materie in der Sonnenumgebung darstellen sollten, dann müssten sie hier häufiger sein als alle Sterne zusammengenommen.

Aber ein größeres Massenfenster bleibt bisher offen, in dem primordiale Schwarze Löcher – das heißt solche, die nur winzige Sekundenbruchteile nach dem Urknall entstanden sind – durchaus noch mögliche Kandidaten sein können. Diese Information stammt aus der meines Wissens neuesten gründlichen Analyse dieser Frage (Green & Kavanagh, in Journal of Physics, 2021). Daraus stammen auch die Informationen der unten stehenden Abbildung. Nach aktuellem Kenntnisstand könnte die gesamte Dunkle Materie aus Schwarzen Löchern bestehen, die in den Massenbereich zwischen etwa 10¹⁷ und 10²¹ Gramm fallen, also etwa zwischen der Masse des Halleyschen Kometen und der Masse eines Kleinplaneten von knapp 100 Kilometern Durchmesser – wie zum Beispiel der Asteroid (10) Hygiea. Solche Schwarzen Löcher sind winzig; der Radius ihres Ereignishorizonts liegt im Bereich eines Atomdurchmessers an der oberen und eines Atomkerndurchmessers an der unteren Grenze des genannten Massenbereichs.

Diese Winzlinge müssten allerdings sehr häufig sein, um die ganze Dunkle Materie zu erklären. Zu jeder Zeit müsste dafür beispielsweise das Sonnensystem innerhalb des Radius der Neptunbahn (30 Astronomische Einheiten) von rund 70 Löchern mit 10²¹ Gramm und sogar von über einer halben Million mit 10¹⁷ Gramm Masse durchquert werden.

Die müssten dann doch relativ oft mit der Erde zusammenstoßen, oder? Ja, wenn man 20 Treffer pro Gigajahr auf die ganze Erde als häufig bezeichnen mag. Aber unglaublicherweise können die meisten dieser Objekte wegen ihrer Winzigkeit und hohen Geschwindigkeit (typischerweise 400 bis 800 Kilometer pro Sekunde aufgrund des Gravitationsfelds des Milchstraßensystems) den gesamten Erdkörper unbeschädigt und folgenlos durchqueren. Sie würden dabei lediglich ein wenig Gestein und Eisen in Milligramm- bis Kilogramm-Mengen auf Nimmerwiedersehen verschlingen. Auch menschliche Körper würden die kleineren unbemerkt durchqueren. Und die größeren sind viel zu selten, um auch nur einen Menschen jemals getroffen zu haben.