大量原始的原初黑洞充斥在宇宙中,也许是暗物质的主要组成部分

黑洞也许并不是都是像银河系中心的超大质量黑洞那样的庞然大物,达到了400万个太阳质量。新的研究表明,我们的宇宙中可能充满了古老的小黑洞

这些来自宇宙诞生之初的微型黑洞,即原初黑洞(PBH)。研究人员提出它们是暗物质的一种潜在可能性,暗物质是一种看不见的物质,会在整个宇宙空间内施加引力。因为看不见,所以目前对于暗物质的研究还处于很初级的阶段,大多数科学家对于暗物质的理解都是某种具有特殊性质的假象粒子构成,这样可以避免很多潜在的问题。但是也有一些研究人员认为,成群的小黑洞像云一样在太空中移动,这提供了一种更清晰的解释。现在,一项新研究解释了这些原初黑洞可能来自何处,以及天文学家如何发现其踪迹的。

大量原始的原初黑洞充斥在宇宙中,也许是暗物质的主要组成部分

小黑洞从哪里来?

黑洞是一个奇点,是一个充满物质的空间中的无限密集点。当物质紧紧压缩在一起,引力压倒一切时,物质就会坍塌。它扭曲了时空,并被“事件视界”围绕着,这是一个球形边界区域,没有光可以越过该边界区域。

广义相对论允许黑洞以任何规模存在。也就是如果你能够用足够大的力压碎一只蚂蚁,它会像恒星一样坍塌成一个黑洞;只是它会变得非常非常小。

大多数原初黑洞理论都假设这些物体具有像小行星一样的质量,并且史瓦西半径只有葡萄柚那么大小。维拉诺瓦大学(Villanova University)的物理学家乔伊·尼尔森(Joey Neilsen)表示,这是一个古怪的想法,仍然处于黑洞和暗物质物理学的边缘。但是最近,随着其他暗物质理论变得空洞,一些研究人员对原初黑洞概念进行了重新审视。

大量原始的原初黑洞充斥在宇宙中,也许是暗物质的主要组成部分

如果存在原初黑洞的话,那么它们一定是非常古老的一种天体。这是因为在现代宇宙中,只有两种方式能够产生黑洞,一种是大质量的恒星超新星爆发,另外一种是多个大质量恒星或者天体发生碰撞合并成一个黑洞。

这是因为一般黑洞的质量非常大,远远超过整个太阳系的质量,所以通过上述的两种方法,是无法形成葡萄柚大小的原初黑洞。

那么如果原初黑洞真的存在的话,制作小黑洞需要一套其它的机制和材料。

这些成分将是“宇宙大爆炸的物质,是制造恒星和星系的物质”。

在宇宙大爆炸之后很短时间内,宇宙中的物质还未产生,到处都充斥着高温高密度的粒子,这个时候,因为一些波动,则会导致宇宙中物质的分布并不是绝对均匀的。

如果在点A处密度更高,那么重力就会吸引到点A处。这就导致当宇宙冷却到物质能够稳定形成的时候,宇宙中已经存在了大量的密度更高的点,这会使得这些高密度点会吸引其他物质向内聚集,坍塌形成宇宙中的第一批恒星,进而还能形成星系以及我们目前所知道的所有的宇宙天体和结构。

大量原始的原初黑洞充斥在宇宙中,也许是暗物质的主要组成部分

而大多数原初黑洞理论都涉及早期宇宙中非常剧烈的波动,其强度要大于形成星系的波动。

在这篇新论文中,研究人员将那些剧烈的波动置于所谓的“宇宙暴胀”时期。在大爆炸之后的一万亿亿分之一秒中,宇宙呈指数级增长。研究人员认为,这种迅速的早期扩张使时空具有当前的“平坦”形状,它可能阻止了空间最终弯曲。

在11月20日发布到arXiv数据库的一篇新论文中,研究人员提出,在宇宙暴胀期间,可能会有一些时空剧烈会产生剧烈的扭曲,直到最终变平。但是,这些短暂的扭曲会在膨胀的宇宙中产生足够大的波动,从而最终形成大量的地球质量的原初黑洞。

如何找到微小的黑洞

研究人员写道,证明这一理论正确的最简单方法是寻找在宇宙中回荡的“次级引力波”(SGW)。

这些次级引力波比普通黑洞所产生的引力波要弱得多,它们会从形成原初黑洞的相同扰动中消失。它们将是宇宙中微弱的振动,目前一般的引力波侦测器是无法侦测到这种振动。但是将来可能有两种方法可以找到它们。

大量原始的原初黑洞充斥在宇宙中,也许是暗物质的主要组成部分

一种方法:脉冲星定时阵列。太空中充满了旋转的中子星,这些高速旋转的中子星被称为脉冲星,它们在旋转时向地球发送能量脉冲。脉冲星就像是天空中精确,可预测的滴答时钟,但它们的信号会因引力波而失真。在地球和脉冲星之间传递的次级引力波会使时空扭曲,从而使脉冲星的滴答声以脉冲星定时阵列可以检测到的方式提前或延迟到达。

但是,该计划存在一个问题:脉冲星时序阵列将依赖于能够精确检测发射无线电波的脉冲星的天文射电望远镜,而目前世界上还没有这种精度的望远镜。

除了缺乏高精度的天文射电望远镜外,目前的引力波探测器也无法达到测量所需的精度。引力波探测器被深埋在地下,通过测量长距离光传播时间的变化来寻找时空的波动。但是其他影响(例如小地震,海浪拍打在遥远的海岸上,甚至是兔子在头顶跳来跳去)也会使信号模糊。欧洲航天局计划在2034年发射激光干涉仪太空天线(LISA),这是一种灵敏度更高的空基引力波探测器,可避免这些陷阱。作者写道,LISA应该能够探测到这种原初黑洞发出的次级引力波。

微信扫码关注公众号获取最新消息

原创文章,作者:好汉科普网,如若转载,请联系我们:thinkou@126.com 并注明出处:https://www.108hei.com/archives/2229

(0)
上一篇 2020年11月29日 下午7:24
下一篇 2020年11月30日 上午10:40

相关推荐

微信公众号