版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

據最新一期《天體(ti) 物理學雜誌》發表的一項研究，美國邁阿密大學、耶魯大學和歐洲空間局的天體(ti) 物理學家們(men) ，提出了一個(ge) 顛覆教科書(shu) 的觀點：原初黑洞是宇宙中所有暗物質的來源。

他們(men) 建立了宇宙如何形成的替代模型，發現所有黑洞（從(cong) 小到針頭到能覆蓋數十億(yi) 公裏的黑洞）都是在大爆炸後立即產(chan) 生的，並“占據”了所有暗物質。

該研究表明黑洞自宇宙誕生以來就已經存在，並且這些原始的黑洞，可能就是迄今為(wei) 止無法解釋的暗物質之祖。如果近日發射的詹姆斯•韋布空間望遠鏡未來能收集到確鑿的數據加以證明，那麽(me) 這一發現可能會(hui) 改變對暗物質和黑洞這兩(liang) 大宇宙奧秘的起源和性質的科學理解。

邁阿密大學物理學助理教授尼科·卡佩魯蒂表示：“我們(men) 的研究預測了如果暗物質不是未知粒子，而是來自大爆炸期間形成的黑洞，那麽(me) 早期宇宙會(hui) 是什麽(me) 樣子——它正如斯蒂芬·霍金在上世紀70年代所認為(wei) 的那樣”。

不再需要“新物理學”？

“這將產(chan) 生幾個(ge) 重要的影響，”卡佩魯蒂說，“首先，我們(men) 將不再需要‘新物理學’來解釋暗物質。其次，這將有助於(yu) 我們(men) 回答現代天體(ti) 物理學中最引人注目的問題之一：早期宇宙中的超大質量黑洞怎麽(me) 會(hui) 增長得如此之快？

鑒於(yu) 我們(men) 今天在現代宇宙中觀察到的機製，它們(men) 沒有足夠的時間形成。這也將解決(jue) 一個(ge) 長期存在的謎團，即為(wei) 什麽(me) 星係的質量總是與(yu) 其中心的超大質量黑洞的質量成正比。”

從(cong) 未直接觀察到的暗物質被認為(wei) 是宇宙中的大部分物質，並充當星係形成和發展的支架。另一方麵，已經觀察到的、可在大多數星係中心發現的黑洞，其空間中物質如此緊密地壓縮在一個(ge) 點，讓它們(men) 產(chan) 生強烈的引力。

由耶魯大學天文學和物理學教授普利亞(ya) 萬(wan) 達·納塔拉詹和歐洲空間局科學主任金特·哈辛格共同主導的這項新研究表明，所謂各種大小的原初黑洞，其實“占據”著宇宙所有的暗物質。

黑洞啊，你全是謎

“不同大小的黑洞仍然是個(ge) 謎，”哈辛格解釋道。“我們(men) 不明白自宇宙存在以來，超大質量黑洞怎麽(me) 會(hui) 在相對較短的時間內(nei) 變得如此之巨大。”

他們(men) 的模型調整了霍金和物理學家伯納德·卡爾最初提出的理論，後者認為(wei) 在大爆炸後的前幾分之一秒內(nei) ，宇宙密度的微小波動可能創造了一個(ge) 起伏的景觀，其中包含“塊狀”區域，具有額外的質量。這些塊狀區域會(hui) 坍塌成黑洞。

該理論並未獲得科學依據，但卡佩魯蒂、納塔拉詹和哈辛格表示，隻要稍加修改，它就可能是有效的。他們(men) 的模型表明，在早期宇宙中，第一批恒星和星係會(hui) 在黑洞周圍形成。他們(men) 還提出，原初黑洞有能力通過吞噬附近的氣體(ti) 和恒星，或與(yu) 其他黑洞合並而成長為(wei) 超大質量黑洞。

“原初黑洞，如果它們(men) 確實存在，很可能是所有超大質量黑洞形成的種子，包括銀河係中心的黑洞，”納塔拉詹說。“這個(ge) 想法讓我個(ge) 人覺得非常令人興(xing) 奮，它優(you) 雅地統一了我正在研究的兩(liang) 個(ge) 真正具有挑戰性的問題——探索暗物質的本質以及黑洞的形成和生長，並一舉(ju) 解決(jue) 了它們(men) 。”

證實還是否定，或很快知道答案

原初黑洞也可能解決(jue) 另一個(ge) 宇宙學難題：與(yu) X射線輻射同步的過量紅外輻射，是從(cong) 散布在宇宙中的遙遠昏暗源中檢測到的。研究人員表示，不斷增長的原初黑洞將呈現“完全”相同的輻射特征。

最重要的是，原初黑洞的存在，可能會(hui) 在不久的將來得到證實或否定——這要取決(jue) 於(yu) 去年底從(cong) 法屬圭亞(ya) 那發射的韋布空間望遠鏡和歐洲空間局計劃於(yu) 2030年代執行的激光幹涉儀(yi) 太空天線(LISA)任務。

由美國國家航空航天局、歐洲空間局和加拿大航天局為(wei) 接替哈勃空間望遠鏡開發的韋布望遠鏡可回溯超過130億(yi) 年的宇宙曆史。如果暗物質由原始黑洞組成，那麽(me) 在早期宇宙中，它們(men) 周圍就會(hui) 形成更多的恒星和星係，而這正是宇宙時間機器能夠看到的。

“如果第一批恒星和星係已經在所謂的‘黑暗時代’形成，韋布應該能夠看到它們(men) 的證據，”哈辛格說。

與(yu) 此同時，LISA將能夠從(cong) 原初黑洞的早期合並中獲取引力波信號。

來源：科技日報

歡迎掃碼聯係科普老師！

我們(men) 將定期推出

公益、免費、優(you) 惠的科普活動和科普好物！