原始黑洞或可證明「多元宇宙」理論

2021-01-08 騰訊網

在大爆炸後不久，小宇宙以黑洞的形式從大宇宙中分離。

據「phys.org」網站12月28日報導，在日本東京大學卡弗裡宇宙物理和數學研究所中（Kavli IPMU），一個由粒子物理學家、宇宙學家和天文學家組成的國際研究團隊在尋找「原始黑洞」（primordial black hole，簡稱PBH）時取得了理論及觀測等多方面進展。相關研究論文刊發在《物理評論快報》雜誌中。

PBH在恆星和星系形成之前就已誕生於宇宙。它是部分引力波信號的來源，是孕育出銀河系及其他星系中心超大質量黑洞的種子，還可以在重元素的合成過程中發揮作用。最重要的是，這種天體也許能幫助天文學家對神秘的暗物質做出解釋。為進一步了解原始黑洞，研究小組試圖在早期宇宙中尋找相關線索。他們發現，早期宇宙中許多反應都可能為黑洞的形成創造了合適的條件。

一種令人興奮的可能性是：原始黑洞可能是在宇宙膨脹時期由「嬰兒宇宙」演化形成。這一時期是我們今天觀察到的宇宙結構（星系及星系團）形成的原因。在宇宙膨脹時期，一個個嬰兒宇宙從從中分支、剝離並最終坍塌。由坍塌釋放的大量能量導致黑洞形成。稍大的嬰兒宇宙則有著更加奇特的命運。當其體積剛好大於某一臨界值時，愛因斯坦的引力理論會使得嬰兒宇宙展現「內外有別」的狀態。一方面，宇宙內部的觀察者會將其視為正在膨脹的宇宙，而外部的觀察者（如地球上的我們）則會將其視為黑洞。但無論是哪種情況，大宇宙和小宇宙（嬰兒宇宙）都被視為原始黑洞。它們的「視界」（黑洞邊界，在此邊界內一切事物都會被困）後暗含了多元宇宙的基本結構。

在最新發表的論文中，該團隊描述了PBH形成的一種新場景——來自多元宇宙的原始黑洞。藉助位於夏威夷、長8.2米的斯巴魯望遠鏡（Subaru Telescope）上的超級攝像機（HSC）——一臺巨型數位相機，他們得以成功觀測到新場景。在HSC的第一次觀測記錄中有一次候選事件與來自「多元宇宙」的PBH特徵相符，它的質量與月球質量相當。受這一發現鼓舞，該團隊在新理論認識的指導下正在進行新一輪觀測，擴展搜索範圍，並嘗試檢驗來自多元宇宙的PBH能否為所有暗物質來源提供解釋。

科界原創

編譯：朱明逸

審稿：西莫

責編：陳之涵

期刊來源：《物理評論快報》

期刊編號：0031-9007

原文連結：

https://phys.org/news/2020-12-primordial-black-holes-dark-multiverse.html

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