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原首黑洞是否能够是黑物质?

 在整个宇宙中,原首黑洞能够会以分歧的团块荟萃,相对较大的黑洞被幼得多的黑洞围困 在整个宇宙中,原首黑洞能够会以分歧的团块荟萃,相对较大的黑洞被幼得多的黑洞围困

  欧美av露b科技讯 久久18热点网10月28日新闻,英国著名物理学家斯蒂芬·霍金挑出过一个不悦目点:看不见的“原首”黑洞能够是暗藏的黑物质。这一理论已经失宠了几十年,但一系列新的钻研表现,这一理论也许能够注释很多东西。

  黑洞是一栽优雅、简洁的天体,但在大多的想象中,它们未必会显得相等可怕。在很多方面,它们就像一个理想的黑体(能接收通盘外来电磁辐射,异国任何逆射和透射的物体),使得吾们很难估计宇宙中存在多少黑洞,以及它们的大幼。因此,2015年9月,当激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的探测器第一次探测到引力波时,的实在确给物理学界带来了惊喜。在此之前,最大的恒星黑洞——大质量恒星引力坍缩后形成的黑洞——的质量大约是太阳的20倍;而这些新发现的黑洞都有大约30倍太阳质量,这并非不走思议,只是特意奇迹。此外,当LIGO启动并立即最先听到这类物体相互融相符的信号时,天体物理学家就认识到,必定还有更多的黑洞暗藏在那里,能够远远超过他们的想象。

  这些奇迹黑洞的发现给一个旧不悦目点注入了新的活力,近年来,这栽不悦目点已经逐渐边缘化。吾们晓畅,垂物化的恒星能够产生黑洞,但黑洞也许也能在宇宙大爆炸中诞生。这些“原首”黑洞能够暗藏了首来,并构成了黑物质。毕竟,尽管经过了几十年的追求,钻研者照样异国探测到黑物质粒子。也许吾们能够大胆地倘若,倘若黑洞不息就在吾们的眼皮底下,情况又会如何?

  美国约翰·霍普金斯大学的宇宙学家马克·卡米奥考斯基(Marc Kamionkowski)外示,这实在是一个疯狂的思想,但并纷歧定比其他不悦目点更疯狂。原形上,追求这方面能够性的论文已经有很多。2016年,卡米奥库斯基所在的钻研幼组也发外了一篇令人瞩主意论文。

  怅然的是,纽约大学天体物理学家亚辛•阿里-海蒙德(Yacine Ali-Haimoud)在2017年发外了一篇论文,对这栽类型的黑洞将如何影响LIGO的探测率进走了检验,在此之后,黑物质与原首黑洞的有关最先受到质疑。阿里-海蒙德计算出,倘若重生宇宙产生的黑洞有余多,能够注释黑物质,那么随着时间的推移,这些黑洞将形成双黑洞编制,彼此环绕并越来越近,其相符并速度甚至比LIGO不悦目测到的相符并事件高数千倍。他呼吁其他钻研人员操纵其他手段,不息钻研这个思想。但很多人失踪了期待。卡米奥考斯基指出,阿里-海蒙德的论点是如此戳中要害,以至于他本身对这个伪说的有趣都被浇灭了。

吾们所知的黑洞。2015年之前,所有恒星大幼的黑洞都是由射电看远镜发现的。这些黑洞的质量益似都局限在20倍太阳质量以下。LIGO现在已经不悦目察到很多更大黑洞的相符并事件。倘若原首黑洞真的存在,那么其中很多答该就属于质量更大的周围;余下黑洞的质量则答该幼于太阳。吾们所知的黑洞。2015年之前,所有恒星大幼的黑洞都是由射电看远镜发现的。这些黑洞的质量益似都局限在20倍太阳质量以下。LIGO现在已经不悦目察到很多更大黑洞的相符并事件。倘若原首黑洞真的存在,那么其中很多答该就属于质量更大的周围;余下黑洞的质量则答该幼于太阳。

  然而现在,随着比来一系列论文的发外,原首黑洞的不悦目点益似又复活了。不久前,法国蒙彼利埃大学的宇宙学家卡尔斯顿·让达齐克(Karsten Jedamzik)在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)上发外了最新的钻研通知,其中阐述了大量的原首黑洞会如何导致与LIGO不悦目测效果十足相符的碰撞。“倘若他的效果是准确的——看首来他做的是相等仔细的计算——那就将给吾们的计算画上息止符,”阿里-海蒙德说,“这将意味着它们实际上能够就是所有的黑物质。”他在后续的论文中也不息对原首黑洞的不悦目点睁开钻研。

  英国苏塞克斯大学的宇宙学家克里斯蒂安·伯恩斯(Christian Byrnes)外示,这一效果特意令人奋发,“他比以前任何人都走得更远”。伯恩斯为让达齐克的一些论点挑供了协助。

  这一论点的最初思想能够追溯到20世纪70年代斯蒂芬·霍金和伯纳德·卡尔(Bernard Carr)的做事。他们测度,在宇宙最初的几分之一秒内,密度的细微震撼能够会授予某些区域过多的质量。每一个如许的区域都会坍缩成黑洞,而黑洞的大幼将由该区域的视界决定。所谓视界,便是以光速可到达的任何点周围的空间。视界内的任何物质都会感受到黑洞的引力并坠入黑洞。霍金的不详计算外明,倘若黑洞的大幼超过较幼的幼走星,那么它们能够仍暗藏在今天的宇宙中。

  20世纪90年代取得了更大的挺进。当时,理论物理学家们还挑出了宇宙暴胀理论,认为宇宙在大爆炸之后经历了一次极端膨大。暴胀理论能够注释最初的密度涨落从何而来。在密度涨落的基础上,物理学家们还考虑了一个沿着坍缩倾向进走的关键跃迁。

  宇宙刚形成时,其所有的物质和能量都在不走思议的高温等离子体中沸腾。在最初的十万分之一秒旁边之后,宇宙冷却了一些,等离子体中的疏松夸克和胶子得以结相符在一首,形成更重的粒子。当一些闪电般迅速活动的粒子被奴役在一首时,压力也随之消极。这能够有助于更多的区域坍缩成黑洞。

  但在20世纪90年代,异国人对夸克和胶子流体的物理学有有余的晓畅,因此无法实在展望这栽变化将如何影响黑洞的产生。理论物理学家还说不晓畅原首黑洞的质量答该有多大,或者其数目答该有多少。

  此外,宇宙学家益似并不是真的必要原首黑洞。巡天调查对天空的一幼块区域进走了扫描,期待能找到大量像黑洞相通浓重的黑物体漂浮在银河系的外围,但并异国多少收获。相逆,大无数宇宙学家最先坚信,黑物质是由极端“分歧群”的大质量弱相互作用粒子(WIMP)构成的。这是一栽照样中止在理论阶段的粒子,只议定弱核力和引力产生相互作用,基本上不与清淡物质发生相互作用。特意建造的WIMP探测器,以及即将上线的大型强子对撞机也许将很快找到它们存在的实在证据。期待如此吧。

  黑物质的题目看似即将取得突破,而且异国不悦目察效果外明有其他选项,于是,原首黑洞在学术上就成了一潭物化水。“一位资深宇宙学家益似在取乐吾钻研这个,”让达齐克说,“因而吾停下了,由于吾必要一个长期的职位。”他在这方面的钻研有趣能够追溯到20世纪90年代。

  自然,科学家在那之后的几十年里异国发现WIMP,也异国发现任何新的粒子(除了很久之前就展望存在的希格斯玻色子)。黑物质谜题的解答照样遥不可及。

  然而,关于能够产生原首黑洞的环境,吾们现在晓畅得更多了。物理学家已经能够计算出宇宙诞生之初的夸克-胶子等离子体如何演化出压力和密度。伯恩斯外示,物理学界花了几十年时间才取得了这些收获。行使这些新闻,伯恩斯和马德里自治大学的胡安添西亚-伯利多(Juan García-Bellido)等理论物理学家,在以前几年中发外了一系列论文,展望早期宇宙产生的黑洞能够不光仅只有一栽大幼,而是有一系列分歧的大幼。

  一路先,夸克和胶子结相符在一首形成质子和中子。这导致了压力消极,并能够产生了一组原首的黑洞。随着宇宙不息冷却,π介子等粒子形成,造成另一次压力骤降和能够的黑洞爆炸。

  在这两个时期之间,空间本身也在膨大。最初的黑洞能够从自身周围的视界吸入大约相等于太阳质量的物质。第二轮则能够吸入大约30倍太阳质量的物质,就像LIGO第一次探测到的奇迹物体相通。“引力波救援了吾们,”添西亚-伯利多说道。

LIGO探测器的一个干涉臂位于美国路易斯安那州的利文斯顿。 LIGO探测器的一个干涉臂位于美国路易斯安那州的利文斯顿。

  2016年,在LIGO团队宣布了探测到第一个引力波后的几周内,原首黑洞伪说又复活了。但是第二年,阿里-海蒙德挑出了他的不悦目点,认为原首黑洞会过于屡次地碰撞,这给原首黑洞伪说的声援者带来了重大的挑衅。

  让达齐克批准了挑衅。在哥斯达黎添的一次长伪中,他对阿里-海蒙德的说法进走了仔细钻研。阿里-海蒙德是议定方程进走分析的,但是当让达齐克对同样的题目进走数值模拟时,他发现了一个转变。

  原首黑洞实在会形成双黑洞编制,但让达齐克的结论是,在一个足够黑洞的宇宙中,第三个黑洞清淡会挨近最初的一对黑洞,并与其中的一个黑洞交换位置。这一过程将频频重复。

  随着时间的推移,这栽从一对黑洞到另一对黑洞的变换会使双黑洞编制的轨道几乎变成圆形。这些成对黑洞的碰撞速度会特意慢。即使存在大量的原首黑洞,其相符并也不会如此地屡次。这就使整个倘若照样相符LIGO不悦目测到的相符并率。

  2020年6月,让达齐克在网上发外了本身的钻研收获,回答了阿里-海蒙德等外界行家挑出的题目。他说:“尽总共能够让学术界坚信,你不是在语无伦次,这是特意主要的。”

  他还展望,原首黑洞将位于黑星团中,后者的直径大约相等于太阳和比来恒星之间的距离。每一个星团能够都包含了大约1000个挤在一首的黑洞。质量为30个太阳的巨型黑洞将位于中央;更清淡的幼一些的黑洞则填满剩下的空间。这些星系团会暗藏在天文学家认为黑物质存在的任何地方。就像星系中的恒星,或者绕太阳旋转的走星相通,每个黑洞的轨道活动将不准它吞噬另一个黑洞——除非发生一些不清淡的相符并事件。

  在第二篇论文中,让达齐克准确计算了这些相符并事件的稀奇水平。他计算了LIGO不悦目测到的大黑洞和未不悦目测到的幼黑洞(幼黑洞会发出细微而尖锐的信号,只有在离它很近的地方才能探测到)。“自然,当吾一个接一个地得出相符并率的准确数值时,吾感到特意震惊,”让达齐克说道。

  原首黑洞伪说的声援者们还有很多事情要做,才能更具有说服力。大无数物理学家照样坚信,黑物质是由某栽基本粒子构成的,而这栽粒子极其难以探测。此外,倘若LIGO探测到的黑洞来自清淡恒星,那么它们与吾们预期的黑洞并异国太大分歧。“这在某栽水平上填补了理论中一个实际上并不存在的漏洞,”美国卡耐基梅隆大学的天体物理学家卡尔·罗德里格斯(Carl Rodriguez)说,“一些LIGO光源有些奇迹的地方,但吾们能够议定平常的恒星演化过程来注释现在为止吾们所看到的总共。”

  哈佛大学的天体物理学家塞尔玛•德•明克(Selma de Mink)则更为心直口快,他说:“吾认为天文学家对此能够一乐了之。”他曾挑出恒星如何独自形成LIGO所不悦目测到的大型双黑洞编制的理论。

  按照原首黑洞伪说,发现一个亚太阳质量的黑洞答该是比较常见的,而且这栽黑洞不及由恒星形成。倘若这一不悦目点是准确的,那将会改变整个争吵。在异日的每一次不悦目测中,随着LIGO智慧度的挑高,它最后要么能发现这些幼型的黑洞,要么将对能够存在的黑洞数目设定厉格的节制。“这个伪说分歧于弦理论,十年或三十年后,吾们能够仍在商议弦理论是否准确,”伯恩斯说道。

  与此同时,其他天体物理学家也在追求这个理论的分歧方面。例如,能够对原首黑洞最凶猛的节制来自微引力透镜搜索。微引力透镜是20世纪60年代就挑出的概念,描述的是发生在恒星级天体中的引力透镜形象,对这些形象的调查同样最先于20世纪90年代。天文学家议定这些调查监测清明但迢遥的光源,期待黑物体从它们前线经过。长期以来的钻研倾轧了均匀分布的幼型黑洞存在的能够性。

  但添西亚-伯利多外示,倘若原首黑洞以一系列大幼分歧的质量存在,倘若它们被压缩成浓密的大质量星团,那以上这些效果能够就异国钻研人员想象的那么主要。接下来的不悦目测也许能最后解决这个题目。欧洲空间局比来批准为美国国家航空航天局即将推出的罗曼太空看远镜(原名大视场红外巡天看远镜)挑供一项关键的额外功能,这将使它能够进走突破性的微引力透镜钻研。

  这项功能是在欧洲空间局科学主任冈瑟·哈辛格(Gunther Hasinger)的指令下推出的,他曾挑出,原首黑洞能够注释多个谜团。在哈辛格看来,这是个很吸引人的思想,由于异国引入新的粒子或新的物理理论,而只是重新行使了旧元素。“吾坚信,能够有些悬而未决的谜题其实能够本身解决,只要你用分歧的眼光看,”他说道。(任天)

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