美国科学家:原初黑洞是宇宙中所有暗物质的来源

◎科技商报记者张梦然

根据最新一期《天体化学杂志》上发表的一项研究，多伦多学院、耶鲁学院和法国航天局的天体化学家提出了一个颠覆教科书的想法：原始黑洞是宇宙中的一切。暗物质的来源。

通过对 NASA 的罗西 X 射线计时搜寻器卫星数据的研究所照亮的淋浴结构的艺术渲染。资料来源： /UNAM

他们构建了宇宙起源的替代模型，发现所有黑洞（从小针状体到可以覆盖数十亿公里的黑洞）都是在大爆炸后立即形成的，并“占据”了所有暗物质。

研究表明，自宇宙诞生以来，黑洞就一直存在，但这样的原始黑洞可能是迄今为止无法解释的暗物质的祖先。如果刚刚发射的詹姆斯韦伯太空望远镜能够在未来收集到可靠的数据来证明这一点，这一发现可能会改变对暗物质和黑洞这两个宇宙奥秘的起源和性质的科学认识。

多伦多学院化学系助理院长尼科·卡佩鲁蒂 (Nico ) 说：“我们的研究预测，如果暗物质不是未知粒子，而是宇宙大爆炸期间产生的黑洞，那么早期宇宙会是什么样子——它是斯蒂芬霍金在 1970 年代认为的那样。”

不再需要“新数学”了吗？

“这将产生几个重要的影响，”卡佩鲁蒂说。 “首先，我们将不再需要‘新数学’来解释暗物质。其次，它将帮助我们回答现代天体化学中最引人注目的问题之一：早期宇宙中的超大质量黑洞是如何迅速下降的？鉴于机制我们明天在现代宇宙中观察，它们没有足够的时间形成。这也将解决一个常年存在的疑问，为什么一颗恒星的质量总是与其中心的超大质量黑洞的质量成反比。 "

尚未直接观察到的暗物质被认为是宇宙中的大部分物质，并充当恒星创造和发展的支架。另一方面，在大多数恒星的中心发现的长期观测黑洞，在空间中的物质如此紧密地聚集在一个点上，以至于它们产生了强大的引力。

这项由哈佛大学天文与数学学院研究员普利亚·万达·纳塔拉詹和意大利航天局科学部长君特·哈辛格领导的新研究表明，所谓的原始黑洞大小不一，尽管“占据" 宇宙中所有的暗物质。

超大质量黑洞是如何产生的？什么是暗物质？在另一个关于宇宙如何形成的模型中，与宇宙历史的“教科书”相比，一组天文学家提出，这两个宇宙奥秘都可以用所谓的原始黑洞来解释。图中的重点是比较第一批黑洞和恒星出现的时间什么叫黑洞，并不意味着标准模型中没有考虑黑洞。资料来源：法国航天局

黑洞，你是个谜

“大小不同的黑洞一直是个谜，”哈辛格解释道。 “我们不明白，自从宇宙存在以来，超大质量黑洞怎么会在相对较短的时间内出现如此巨大的质量。”

他们的模型调整了最初由霍金和化学家伯纳德·卡尔提出的理论，后者认为宇宙大爆炸后最初几分之一秒内宇宙密度的微小波动可能创造了一个起伏的水景什么叫黑洞，其中包含“块状“具有额外质量的区域。这个球形区域会坍缩成一个黑洞。

该理论没有科学依据，但 、 和 表示，只要稍加改动，它就会有效。他们的模型表明，在早期宇宙中，第一批恒星和恒星将在黑洞周围产生。他们还提出，原始黑洞有能力通过吞噬附近的二氧化碳和恒星，或通过与其他黑洞合并而成长为超大质量黑洞。

“如果存在原始黑洞，它们很可能是所有超大质量黑洞的种子，包括那些位于银河系中心的黑洞，” 说。 “我个人觉得这个见解非常令人兴奋，它完美地结合了我正在研究的两个真正具有挑战性的问题 - 探索暗物质的本质以及黑洞的产生和生长，并一口气解决它们。”

否认或否认，或很快知道答案

原始黑洞还可能解决另一个宇宙学难题：与 X 射线辐射同步的过量红外辐射，是从散布在宇宙中的遥远、深层来源测量的。研究人员说，下降的原始黑洞将表现出“完全相同”的辐射特性。

最重要的是，原始黑洞的存在可能在不久的将来被否定或否定——这取决于去年年底从法属西非发射的韦伯太空望远镜，以及意大利航天局计划在 2030 年代执行激光干涉仪空间天线 (LISA) 任务。

由 CNES、ESA 和 NASA 开发以接替哈勃太空望远镜，韦伯望远镜可以追溯到超过 130 亿年的宇宙历史。如果暗物质由原始黑洞组成，那么在早期宇宙中，恒星和周围的恒星会更多，这就是宇宙时间机器所能看到的。

“如果第一批恒星和恒星形成于所谓的‘黑暗时代’，韦伯应该已经看到了它们的证据，”哈辛格说。

同时，LISA 将能够从原始黑洞的初始合并中获取引力波信号。