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Röntgenpulsare könnten winzige Schwarze Löcher verraten
Ein Teil der Dunklen Materie könnte aus winzigen Schwarzen Löchern aus der Frühzeit des Universums bestehen. Eine theoretische Analyse zeigt, dass kurzzeitige Helligkeitsspitzen von Röntgenpulsaren solche Objekte in einem bislang schwer überprüfbaren Massenbereich verraten könnten. Vorhandene Beobachtungsdaten reichen dafür noch nicht aus, und die ursprünglich vorgesehenen Teleskope stehen inzwischen nicht wie erwartet zur Verfügung.
Bengaluru (Indien). Dunkle Materie macht einen großen Teil der Materie im Kosmos aus, doch ihre Natur bleibt ungeklärt. Als mögliche Kandidaten gelten primordiale Schwarze Löcher, die sich schon kurz nach dem Urknall aus besonders dichten Regionen gebildet haben könnten.
Besonders schwer aufzuspüren wären diese Objekte bei Massen von 10⁻¹⁶ bis 10⁻¹¹ Sonnenmassen. Bei der Suche mit sichtbarem Licht verwischen Welleneffekte und die scheinbare Größe ferner Sterne das Signal solcher kleinen Gravitationslinsen. Röntgenstrahlung könnte hier einen Vorteil bieten, weil sie deutlich kürzere Wellenlängen besitzt.
Forscher des Indian Institute of Science (IISc) um Manish Tamta haben nun untersucht, wie sich sehr leichte primordiale Schwarze Löcher durch Gravitationsmikrolinsen finden lassen. Zieht ein solches Objekt vor einer fernen Röntgenquelle vorbei, kann es deren Strahlung für kurze Zeit verstärken.
Als besonders geeignet gilt der Röntgenpulsar SMC X-1 in der Kleinen Magellanschen Wolke. Er sendet viele Röntgenphotonen aus und liegt weit genug entfernt, sodass die Strahlung auf dem Weg zur Erde potenziell zahlreiche kompakte Objekte kreuzen könnte.
Für die Berechnungen berücksichtigte das Team die Verteilung der Dunklen Materie, die räumliche Ausdehnung der Röntgenquelle und die Wellennatur des Lichts. Besonders bei geringen Massen schwächen Beugungseffekte die Verstärkung ab und müssen deshalb in die Empfindlichkeitsprognosen einfließen.
Mit bereits vorhandenen Beobachtungen des NASA-Instruments NICER auf der Internationalen Raumstation hat das Team zunächst die Zählraten mehrerer heller Röntgenquellen analysiert, darunter SMC X-1. Diese Daten erlaubten noch keine physikalisch aussagekräftige Beschränkung darauf, wie viel Dunkle Materie in diesem Massenbereich aus Schwarzen Löchern bestehen könnte.
Nach dem Modell könnte eine Messkampagne mit 60 Tagen Netto-Beobachtungszeit auf SMC X-1 das ändern. Für Massen um 10⁻¹⁴ Sonnenmassen wären dann Einschränkungen möglich, die auch einen Anteil unterhalb der gesamten Dunklen Materie erfassen. Das wäre ein neuer Zugang zu einer Größenklasse, die sich mit optischen Mikrolinsen nur schwer untersuchen lässt.
Ausgewertet werden müssten kurze Anstiege der registrierten Röntgenphotonen. Um echte Mikrolinseneffekte von Strahlungsausbrüchen oder Hintergrundstörungen zu trennen, schlägt die Studie einen Vergleich verschiedener Röntgenenergien vor. Im Bereich der geometrischen Optik sollte die Verstärkung in diesen Energiebereichen übereinstimmen.
Die Aussicht auf einen schnellen Test hat sich seit Erscheinen der Studie allerdings verändert. Der Beobachtungsbetrieb von NICER ist nach einem Defekt der Ausrichtung am 17. Juni 2025 ausgesetzt worden. Im August 2026 teilte die NASA mit, dass Versuche zur Wiederherstellung des Betriebs erfolglos geblieben seien und die spätere Entsorgung vorbereitet werde.