物理學家在微小的原始黑洞中尋找暗物質

2021-01-09 科技領航人

2014年11月23日晚,夏威夷的莫納克亞山(Mauna Kea)上的一臺強大的望遠鏡試圖發現一個黑洞在太空中飛行的神秘運動。在望遠鏡觀測到宇宙的七個小時裡,它可能捕捉到一顆,因為一個大約地球大小的結構使我們最近的銀河系鄰居仙女座的一顆恆星黯然失色,距離地球大約250萬光年。在當晚拍攝的188張相對平淡的星系圖像中,發現了候選黑洞事件成了最耀眼的事件。

」當沿著視線右移時,光線會繞著黑洞彎曲。「加州大學洛杉磯分校和卡夫利宇宙物理與數學研究所的天體物理學家亞歷山大·庫森科(Alexander Kusenko)在視頻通話中說,」不僅光線指向你,而且這些光還會向你彎曲繞行。這使星星瞬間顯得更亮,這是有點違反直覺。「

庫森科(Kusenko)是最近一篇討論這一事件的論文的主要作者,該論文發表在10月份的《物理評論快報》上。研究表明,在宇宙的暗物質之間,可以用原始的黑洞來解釋——假設這個經典宇宙特徵的嬌小和非常古老的版本,這些宇宙特徵在2019年才首次直接成像。所有的黑洞,無論其大小,都是天體,它們會施加巨大的引力,甚至沒有光也無法從它們逃脫。

一種想法是,在宇宙剛開始的時候,令人難以置信的密集膨脹宇宙中的微小密度波動就足以從星前等離子體中產生黑洞,特別是如果重粒子通過某種未知力與之相互作用時。(通常情況下,已知的黑洞通常是由坍塌的恆星形成的。)

庫森科在談到宇宙的初始密度時說:"如果你拿一勺原始等離子體,它幾乎是一個黑洞。稍微擠壓它一下,光就無法逃脫。"

根據愛因斯坦的引力理論,在黑洞中的觀察者,對他們來說黑洞是不斷膨脹的,而在黑洞事件視界以外的觀察者則來說,黑洞是保持一個靜態尺寸。這個想法可能會在我們自己的腦海中產生「嬰兒宇宙」的概念,但請記住,原始的黑洞暫時只是理論上的。

這是庫森科團隊最關心的問題:證明原始黑洞的存在。如果要解釋宇宙暗物質的某些數量,原始黑洞數量就必須眾多——神秘暗物質佔宇宙的27%,但暗物質太維修小而無法探測到,正如暗物質的對應物一樣, 太小而無法探測到。

庫森科和他的同事(十月份的論文來自UCLA和Kavli IPMU的研究人員)正在使用Hyper Suprime-Cam為黑洞候選者鑄造一個廣域的網(該鏡頭連接到莫納基亞斯巴魯望遠鏡近30英尺的鏡筒上)。該相機每隔幾分鐘就能對整個仙女座星系進行成像。由於2014年,在長達7小時的宇宙之旅中,一個原始黑洞的候選者被挑選出來,庫森科希望未來的觀測結果能夠收集到更多資料。

在所有數據中都很難找到2014年的觀察結果。該團隊縮小了超過15,000顆候選恆星的目錄,以檢查光線扭曲,並在這個過程中發現了近50個"冒名頂替者"事件,由明亮的恆星等引起;一個冒名頂替者甚至是由一顆路過的小行星造成的。但是,經過大量的恆星排序後,一個候選者似乎真的是原始黑洞。

如果發現更多候選事件,該團隊關於許多微型黑洞的理論將有更多的出路,這些理論能完好解釋許多星系中測得的超引力(正是這種超引力使科學家們回想了20世紀70年代暗物質的存在。 )。放眼來看,已知的最小黑洞位於5個太陽質量的範圍內(即太陽大小的五倍),而最近的候選黑洞僅僅是我們星球的大小。

如果聽起來很難相信一個地球大小的黑洞,更不用說相信還有比這更小的黑洞。去年,物理學家建議用一個保齡球大小的黑洞,來解釋我們太陽系中一個被稱為「九號行星」的假想物體。

庫森科(Kusenko)的小組於2020年底在莫納克亞(Mauna Kea)進行了另一輪觀測,現在他們必須做艱苦的工作來篩選數據。我們可以在今年晚些時候知道他們是否發現了任何潛在的黑洞,我們祈禱著好消息的到來。

相關焦點

  • 原始黑洞可能是暗物質?
    英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出過一個觀點:看不見的「原始」黑洞可能是隱藏的暗物質。此外,當LIGO啟動並立即開始聽到這類物體相互融合的信號時,天體物理學家就意識到,一定還有更多的黑洞潛伏在那裡,也許遠遠超過他們的想像。這些奇怪黑洞的發現給一個舊觀點注入了新的活力,近年來,這種觀點已經逐漸邊緣化。我們知道,垂死的恆星可以產生黑洞,但黑洞或許也能在宇宙大爆炸中誕生。這些「原始」黑洞可能隱藏了起來,並構成了暗物質。
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    大爆炸後不久,許多小宇宙以黑洞的形式從我們的宇宙中分離出來。 暗物質被視為宇宙的主要組成,人們觀測到的引力波信號、在銀河系或其他星系中心發現的超大黑洞或許都源於暗物質。而在原始恆星和星系誕生前,早期宇宙中就有黑洞形成,這些原始黑洞很可能是暗物質的重要構成。 為了研究原始黑洞,來自Kavli IPMU的粒子物理學家、宇宙學家和天文學家組成研究團隊,從宇宙早期演化入手,尋找利於黑洞形成的條件。
  • 物理學家認為大爆炸中的黑洞可能是暗物質
    此外,一旦LIGO開啟,並立即開始聽到這些類型的天體相互合併,天體物理學家意識到,那裡潛伏的黑洞肯定比他們想像的要多,也許更多。這些奇特的標本的發現使新的想法煥發出了新的生機,這是近幾年被貶低的邊緣。我們知道垂死的恆星會產生黑洞。但是也許在「大爆炸」本身期間也產生了黑洞。這種「原始」黑洞的隱藏種群可能會構成暗物質。畢竟,儘管進行了數十年的搜索,但沒有暗物質粒子顯示出來。
  • 原始黑洞是否可能是暗物質?
    可惜的是,紐約大學天體物理學家亞辛•阿里-海蒙德(Yacine Ali-Haimoud)在2017年發表了一篇論文,對這種類型的黑洞將如何影響LIGO的探測率進行了檢驗,在此之後,暗物質與原始黑洞的關係開始受到質疑。
  • 暗物質是由迷你原始黑洞組成?科學家是這樣解釋的
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  • 這項研究大部分反駁了暗物質與原始黑洞的關係!
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  • 物理學家認為大爆炸中的黑洞可能是暗物質
    我們知道垂死的恆星會產生黑洞。但是也許在「大爆炸」本身期間也產生了黑洞。這種「原始」黑洞的隱藏種群可能會構成暗物質。畢竟,儘管進行了數十年的搜索,但沒有暗物質粒子顯示出來。如果我們真正需要的成分——黑洞——一直在我們的鼻子底下呢?
  • 暗物質是由來自另一個宇宙的微小黑洞製造的嗎?
    暗物質可能是由偽真空氣泡成核時在初期產生的微小黑洞構成的,偽真空氣泡在無限短暫的宇宙急劇膨脹期間產生了質量小於月球質量的嬰兒宇宙。如果是這樣,一組科學家認為,這可以解決關於宇宙的一些令人困惑的難題,包括暗物質、引力波源以及對仙女座星系所做的奇怪觀測。實際上,我們在宇宙中看到的那種由電子,中子,質子和其他粒子組成的物質實際上很少。
  • 暗物質由大爆炸的微型黑洞組成?
    暗物質是宇宙中神秘的「額外質量」,它不會發出光,諸多特性一無所知,有可能是由宇宙大爆炸產生的原始黑洞構成嗎?這些迷微型黑洞可以感謝希格斯玻色子的誕生——至少根據一種新理論。圖片:Shutterstock瑞士日內瓦大學的物理學家Antonio Riotto說:理論上所有暗物質的解釋都是基於原始黑洞的形式。然而並不是每個人都信服,一些物理學家說,這些原始黑洞不太可能解釋宇宙中所有的暗物質。希格斯玻色子是在所謂的希格斯場中產生,它在宇宙中瀰漫並給粒子質量。當希格斯玻色子被發現時,發現它比質子重約126倍,比許多物理學家預期的要輕。
  • 暗物質是由大爆炸的微型黑洞組成?
    暗物質是宇宙中神秘的「額外質量」,它不會發出光,諸多特性一無所知,有可能是由宇宙大爆炸產生的原始黑洞構成嗎?這些迷微型黑洞可以感謝希格斯玻色子的誕生——至少根據一種新理論。圖片:Shutterstock瑞士日內瓦大學的物理學家Antonio Riotto說:理論上所有暗物質的解釋都是基於原始黑洞的形式。然而並不是每個人都信服,一些物理學家說,這些原始黑洞不太可能解釋宇宙中所有的暗物質。希格斯玻色子是在所謂的希格斯場中產生,它在宇宙中瀰漫並給粒子質量。
  • 神秘的宇宙森林:原始黑洞或能揭示暗物質本質!
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  • 暗物質是如何產生的?或是由宇宙爆炸後的小型原始黑洞產生!
    對於暗物質的研究研究人員始終沒有形成一個統一的標準,而最新的一種解釋稱或許是大爆炸產生的小型黑洞形成的。暗物質一直我們想要探尋的外太空物質,是存在於宇宙當中的一種神秘物質,它們本身沒有光線,但是它可以存在相當大的引力足以把它周圍的一切物質吸入囊中。
  • 暗物質由迷你黑洞組成?
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  • 暗物質或源於原始黑洞:後者誕生於大爆炸後的「嬰兒宇宙...
    其中一個項目就是研究可能在恆星和星系誕生之前的宇宙早期就已經形成的黑洞。 這些原始黑洞(PBHs)可以解釋全部或部分暗物質,負責一些觀測到的引力波信號,並為我們星系和其他星系的中心發現的超大質量黑洞播下種子。
  • 研究人員認為暗物質可能由原始黑洞組成
    來自卡夫利宇宙物理與數學研究所的研究人員一直在對可能形成於早期宇宙的黑洞進行研究,這些所謂的原始黑洞被認為是在恆星和星系誕生之前形成的。原始黑洞可能是全部或部分暗物質形成的原因,也是我們銀河系中心和其他地方發現的一些觀測到的引力波信號和超大質量黑洞的成因。
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    看更多大美宇宙科學博科園原始黑洞(PBH)是在宇宙大爆炸後形成的天體,被許多研究人員認為是解釋暗物質本質的主要候選者之一,尤其是在2016年處女座和LIGO探測器直接觀測到引力波之後。現在發表在《物理評論快報》上這項研究的主要作者裡卡多·穆爾賈(Riccardo Murgia)說:我們已經測試了一種場景,其中暗物質由原始宇宙中形成的非恆星黑洞組成。
  • 物理學家深入尋找暗物質
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    推論黑洞質量範圍幾十年來,天體物理學家一直認為,一些不可見的物質為維繫星系的穩定提供了額外引力。在發現存在暗物質的初期,黑洞被當作一種極為可能的候選體,吸引了眾多天文學家的興趣。不過現在看來,黑洞完全為暗物質的說法可以被徹底排除,然而極少一部分暗物質由黑洞組成的說法依舊可行。