Wie zerfallende dunkle Materie frühe Schwarze Löcher erklären kann ^{CEFR B2}

Astronominnen und Astronomen haben sehr massereiche Schwarze Löcher gefunden, die weniger als a billion years nach dem Urknall existierten. Dieses frühe Auftreten passt kaum zu herkömmlichen Wachstumsmodellen, deshalb ist die Frage ein wichtiges kosmologisches Rätsel. Ein Team unter Yash Aggarwal (University of California, Riverside) legt nun nahe, dass der Zerfall dunkler Materie helfen kann, das Problem zu erklären. Die Ergebnisse wurden im Journal of Cosmology and Astroparticle Physics veröffentlicht.

Die Forscherinnen und Forscher zeigen, dass zerfallende Teilchen kleine Energiemengen in das umgebende Gas abgeben. Diese Energie kann die Chemie der ersten Galaxien verändern und so die Bildung von Sternen verhindern. Stattdessen können Gaswolken bei passenden Bedingungen direkt kollabieren und sofort Schwarze Löcher bilden. Wegen dieser Wirkung wäre direkter Kollaps weniger selten als bisher angenommen, was mit den Beobachtungen des James-Webb-Teleskops übereinstimmt.

Das Team modellierte das thermo-chemische Verhalten von Gas in Anwesenheit zerfallender Axionen und fand ein Fenster von dunkler Materie-Massen zwischen 24 und 27 electronvolts, das förderlich für direkten Kollaps sein könnte. Die Forschenden bemerkten, dass schon extrem kleine Energiemengen reichen: Jeder zerfallende Teilchen müsste etwa einen Milliard-Billionstel der Energie einer einzelnen AA-Batterie liefern. Die Arbeit entstand aus Diskussionen seit 2018 und interdisziplinären Workshops; Unterstützer waren die National Science Foundation und ein UCR Hellman Fellowship. Quelle: UC Riverside.