天文科普:宇宙大爆炸之後,有沒有留下一些原始黑洞呢?
來源:新浪科技
發布時間:2021-08-19
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兩(liang) 個(ge) 黑洞合並的模擬圖。兩(liang) 個(ge) 黑洞合並的模擬圖。

  新浪科技訊 北京時間8月19日消息,據國外媒體(ti) 報道,2016年,LIGO(激光幹涉引力波天文台)團隊首次宣布發現了由數十億(yi) 年前兩(liang) 個(ge) 黑洞相撞產(chan) 生的引力波,給了全世界一個(ge) 巨大的驚喜。但科學家在激動之餘(yu) (以及拿諾貝爾獎拿到手軟之餘(yu) ),也感到了一絲(si) 驚訝:這兩(liang) 個(ge) 黑洞的質量非常特別,令他們(men) 忍不住考慮起了這樣一種可能性:這兩(liang) 個(ge) 黑洞也許在宇宙誕生尚不足一秒時便已經形成了。

  黑洞製造指南

  我們(men) 都知道黑洞在現代宇宙中是如何形成的,首先要有一顆恒星,質量越大越好,至少達到太陽的八倍才行。然後慢慢等上幾千萬(wan) 年,等這顆恒星將所有的氫燃燒殆盡,它便會(hui) 走向生命的終點,最後以超新星爆發的形式宣告死亡。在爆炸的烈焰中,恒星內(nei) 核的密度會(hui) 急劇增加,沒有任何物質能夠逃脫它的引力。在恒星外層物質被拋向外太空的同時,內(nei) 層物質則會(hui) 向內(nei) 坍縮,一層層向裏折疊,逐漸變成了一顆黑洞。

  恒星越大,形成的黑洞就越大,LIGO此次發現的有趣之處也正在這裏。兩(liang) 顆相撞的黑洞的質量分別高達太陽質量的30和35倍。要想形成這麽(me) 大的黑洞,要麽(me) 是形成它的恒星本來就大得驚人(太陽質量的100倍左右);要麽(me) 要由多個(ge) 小黑洞合並而成。

  但這兩(liang) 種假設似乎都不成立。至少就我們(men) 所知,現代宇宙中不存在這麽(me) 大的恒星。而黑洞合並也並不常見,不足以形成如此大的黑洞。

  因此,這兩(liang) 個(ge) 黑洞或許另有來頭。

  宇宙大爆炸,黑洞製造機

  早期宇宙是個(ge) 十分瘋狂的地方,溫度和壓力都高得難以想象,物相變化將整個(ge) 宇宙攪得天翻地覆,自然法則也在不斷改寫(xie) 。

  在那時,隻要條件合適,任何一團氣體(ti) 都可以自發性收縮、形成大小各異的黑洞,有些質量可能隻有寥寥幾千克,有些則可能高達太陽的成千上萬(wan) 倍。關(guan) 於(yu) 這些原始黑洞的形成機製,理論物理學界也是眾(zhong) 說紛紜,從(cong) 膨脹理論到宇宙相撞,可謂五花八門。

  因此從(cong) 某種意義(yi) 上來說,這些原始黑洞很容易解釋LIGO的發現。隻需要找到一套理論、證明這個(ge) 質量範圍內(nei) 的黑洞可以形成即可,再等上幾十億(yi) 年,就可以觀察到兩(liang) 個(ge) 黑洞相撞了。

  在黑暗中捕獵

  一個(ge) 充滿了原始黑洞的宇宙會(hui) 是什麽(me) 模樣?要想檢驗上述“原始黑洞”假說,我們(men) 必須先弄明白這個(ge) 問題。

  首先,這些黑洞也許會(hui) 無意中撞上其它物體(ti) ,或者通過引力將其它物體(ti) 吸入肚中。無論到了哪裏,它們(men) 都是混亂(luan) 製造者。一個(ge) 僅(jin) 有一公斤重的黑洞撞上地球,便足以引發一連串地震。黑洞還可能將構成雙星係統的兩(liang) 顆恒星分扯開,或是將整個(ge) 矮星係攪得一團亂(luan) 。假如黑洞撞上了中子星,更是會(hui) 引發一場天崩地裂般的爆炸。傳(chuan) 說中的“九號行星”說不定就是一顆隻有網球那麽(me) 大的黑洞。

  黑洞不一定是100%純黑的。借助一種名叫“霍金輻射”的量子力學機製,它們(men) 也可能會(hui) 發光,隻不過光芒極其微弱而已。但大型黑洞基本不會(hui) 發光,一個(ge) 質量與(yu) 太陽相仿的黑洞每年隻能釋放出一個(ge) 光子,要過足足1060年,黑洞的全部質量才會(hui) 以這種方式輻射殆盡。但對小型黑洞而言,這一過程耗時則要短得多,期間還會(hui) 時不時突然迸發出大量能量。

  這些隨時可能爆炸的黑洞也許一度將早期宇宙攪得天翻地覆,不斷改變著宇宙中的元素豐(feng) 度或宇宙微波背景。我們(men) 觀察到的一些伽馬射線暴也可能是它們(men) 的傑作。

  但盡管做了種種努力,我們(men) 仍然無法將“原始黑洞說”與(yu) 現代宇宙聯係起來。假如這些原始黑洞真的存在過,那麽(me) 不管我們(men) 從(cong) 哪條途徑進行觀察,都不可能注意不到它們(men) 引發的騷亂(luan) 。

  換句話說,雖然LIGO觀察到的黑洞質量之大難以解釋,但假如宇宙中真的存在過這些原始黑洞,我們(men) 一定早就用其它方式探測到了。


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