Kurz nach dem Urknall war das Universum noch undurchdringlich. Seine Dichte war so hoch, dass eine Schwankung von nur 50 Prozent – eine Kaffeebohne in einem Kuchenteig also – gereicht hätte, sofort ein Schwarzes Loch zu produzieren. Die Dichte war immerhin variabel genug, um aus den Unterschieden später ganze Galaxien wachsen zu lassen. Allerdings scheint es zu diesem Zeitpunkt keinerlei “Kaffeebohnen” gegeben zu haben – das verrät heute die doch recht uniforme kosmische Hintergrundstrahlung.

Trotzdem könnten damals sogenannte promordiale Schwarze Löcher entstanden sein, nur eben auf anderen Wegen. Sie könnten heute die gesamte oder einen Teil der dunklen Materie ausmachen, für einige der beobachteten Gravitationswellensignale verantwortlich sein und die Keime für die supermassiven schwarzen Löcher im Zentrum unserer Galaxie und anderer Galaxien geliefert haben. Sie könnten auch eine Rolle bei der Synthese von schweren Elementen spielen, wenn sie mit Neutronensternen kollidieren und diese zerstören, wobei neutronenreiches Material freigesetzt wird. Insbesondere besteht die spannende Möglichkeit, dass die mysteriöse Dunkle Materie, die den größten Teil der Materie im Universum ausmacht, aus primordialen Schwarzen Löchern besteht.

Eine ganze Reihe von Prozessen im frühen Universum könnte die richtigen Bedingungen für die Entstehung Schwarzer Löcher geschaffen haben. Eine spannende Option besteht darin, dass sich primordiale Schwarze Löcher aus den “Baby-Universen” gebildet haben könnten, die in der Inflationsphase entstanden sind, einer Periode schneller Expansion, von der man annimmt, dass sie für die Entstehung der Strukturen verantwortlich ist, die wir heute beobachten. Während der Inflation könnten diese Baby-Universen quasi von unserem Universum abgezweigt sein, bis sie irgendwann kollabiert wären. Eine große Menge an Energie, die in kleinem Volumen freigesetzt wird, führte dann zur Bildung eines Schwarzen Lochs.

Ein noch merkwürdigeres Schicksal erwartet allerdings ein größeres Baby-Universum. Wenn es über eine kritische Größe hinauswächst, erlaubt Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, dass das Baby-Universum in einem Zustand existiert, den Beobachter im Inneren und außerhalb unterschiedlich wahrnehmen. Von innen sieht der Betrachter ein expandierendes Universum, während ein Betrachter von außen (wie wir) ein Schwarzes Loch erkennt. Hinter den Ereignishorizonten der primordialen Schwarzen Löcher verbirgt sich dann die zugrundeliegende Struktur von mehreren Universen – allerdings für uns von außen völlig unzugänglich, da nichts dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs entkommen kann.

Ein internationales Team von Physikern, Kosmologen und Astronomen des Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) beschreibt nun in einer Arbeit ein solches neuartiges Szenario für die Entstehung von PBHs und zeigt, dass die Schwarzen Löcher aus dem “Multiversum”-Szenario mit Hilfe der Hyper-Suprime-Cam (HSC) des 8,2m-Subaru-Teleskops auf dem Mt. Mauna Kea auf Hawaii gefunden werden können. Die HSC hat die einzigartige Fähigkeit, die gesamte Andromeda-Galaxie alle paar Minuten abzubilden. Wenn ein Schwarzes Loch die Sichtlinie zu einem der Sterne durchquert, beugt die Schwerkraft des Schwarzen Lochs die Lichtstrahlen und lässt den Stern für kurze Zeit heller erscheinen als zuvor. Die Dauer der Aufhellung des Sterns verrät den Astronomen die Masse des Schwarzen Lochs. Mit HSC-Beobachtungen kann man hundert Millionen Sterne gleichzeitig beobachten und so ein weites Netz nach primordialen Schwarzen Löchern auswerfen, die möglicherweise eine der Sichtlinien kreuzen.

Die ersten HSC-Beobachtungen haben bereits ein sehr faszinierendes Kandidatenereignis gemeldet, das mit einem PBH aus dem “Multiversum” übereinstimmt, mit einer Masse des Schwarzen Lochs, die etwa der Masse des Mondes entspricht. Ermutigt durch dieses erste Anzeichen und geleitet durch das neue theoretische Verständnis, führt das Team nun eine neue Runde von Beobachtungen durch, um die Suche auszuweiten und einen endgültigen Test zu liefern, ob PBHs aus dem Multiversum-Szenario die gesamte dunkle Materie erklären können.

Falls sich die Theorie bestätigt, führt sie zu spannenden Gedankenexperimenten: Was, wenn wir uns nicht “außen” befinden, sondern selbst bloß innerer Beobachter eines Baby-Universums sind? Dessen Abzweigen wäre dann, was wir als Urknall wahrnehmen. Und wer sagt, dass unser Baby-Universum nicht kurz vor dem Kollaps steht?