宇宙中的暗物質可能是由黑洞組成的嗎?

2020-12-05 天文在線

關於暗物質是什麼有很多爭議,但是一些缺失的物質不能包含在黑洞中嗎?一旦物質進入黑洞,它就不能被看見或測量,所以它是不可解釋的。

物質一旦進入黑洞,就變的不可見,但這並不意味著無法測量它的影響。黑洞仍因其質量而產生重力影響,就像宇宙中所有其他的大質量物體一樣。由此實際上我們可以發現並測量黑洞的質量,通過觀察周圍物質對它的影響。例如位於銀河系中心的超大質量的黑洞有強引力使得離他軌道很近的恆星高速運行。依據這個事實以及描述恆星軌道的等式,我們可以估算出黑洞的質量。

我們知道暗物質存在在星系中因為遠離宇宙中心的旋轉曲線是平的。旋轉曲線可以從表面理解:在星系中的物體速度與離銀河中心距離的函數的圖像。由重力公式推導

M是半徑範圍內所有質量的總和。

當速度恆定時,旋轉曲線是平坦的。從這個等式來看,就意味著

也是個常數。也就是說,當我們離銀河越來越遠,即使星光急劇減少,質量仍然增長。這裡引入了一些我們沒看到的東西,許多其他的宇宙學言論也暗示了暗物質的存在,令人驚訝的是,它們預測的數量差不多!

重要的是要意識到,我們對暗物質的研究不僅僅告訴我們「它就在某個地方」;當我們研究一個星系時,我們了解了一些關於它內部物質總分布的信息。這意味著我們知道暗物質圍繞著星系,而不是星系中的中心物體,不像黑洞是在星系內的。

你的想法的問題是黑洞沒有什麼特別的,引力只是物質的集合。黑洞集中在星系的中央,根據引力定律,它們不能用力拉遠在星系邊緣的東西。

由於黑洞有質量,有一個關於暗物質的假想認為暗物質是由許多暈族大質量緻密天體(MACHOs)組成的。這些緻密的物體不會發出電磁輻射,例如黑洞、死亡(非旋轉的)中子星,或者年老且冷的白矮星(有時也稱黑矮星)。如果這些物體在星系光暈中以正確的分布存在,它可以解釋觀測到的旋轉曲線。然而,引力微透鏡觀測基本上排除了暗物質關於暈族大質量緻密天體解釋的可能性。目前最可能的暗物質候選者被稱為弱相互作用大質量粒子(WIMPs)。

暗物質是一種假想的物質形式,被認為約佔宇宙物質的85 %,約佔宇宙總能量密度的四分之一。大多數暗物質被認為本質上是非重子物質,可能由一些尚不了解的亞原子粒子組成。[注1 ]它的存在隱含在各種各樣的天體物理觀測中,包括引力效應,除非還有更多我們看不到的物質的存在,否則引力效應是無法解釋的。因此,大多數專家認為暗物質在宇宙中無處不在,並對宇宙結構和進化產生了強烈的影響。暗物質之所以說它暗,是因為它不與可觀察到的電磁輻射(如光)相互作用,因此對整個電磁波譜來說是不可見的,這使得使用普通天文設備進行探測變得極其困難。

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