原始的黑洞，暗物質(zhì)的謎底

兩個黑洞合并的假想圖。（圖源：加州理工學(xué)院R. 赫特 (IPAC)）

黑洞的本質(zhì)是什么？黑洞怎么來？黑洞在宇宙的進(jìn)化中起著怎樣的作用？這些問題仍然困擾著科學(xué)家們。現(xiàn)在，一項新的研究表明，那些宇宙最早期就存在的黑洞，可以解釋多個天文之謎。

這項研究表明，在宇宙大爆炸之后，早期的宇宙由原始的小黑洞填充，這些小黑洞加速了恒星和星系的形成。這個理論本身并不新鮮，早在1971年由斯蒂芬·霍金提出。然而，在這項新的研究中，天文學(xué)家卻告訴人們，如今人類對宇宙的理解上出現(xiàn)的巨大空白，其實可以由原始黑洞巧妙地填補(bǔ)。

首先，這些黑洞可以解釋暗物質(zhì)的存在和性質(zhì)。暗物質(zhì)無法被看見，并且預(yù)計占據(jù)宇宙所有物質(zhì)的85%。那么原始黑洞是如何解釋暗物質(zhì)之謎的呢？很簡單，這些黑洞可能就是那些沒有被觀測過的暗物質(zhì)本身，雖然該理論迄今為止還沒有證據(jù)。

“我們的研究表明，無需引入新的粒子或物理學(xué)理論，從研究暗物質(zhì)本身的性質(zhì)、再到尋覓超大質(zhì)量黑洞的起源，我們就能揭開現(xiàn)代宇宙學(xué)的謎底?！?邁阿密大學(xué)物理學(xué)助理教授、這項研究的共同作者尼克·卡佩盧迪在聲明中說道。

原始黑洞的理論最初由霍金提出，后來被主流觀點(diǎn)所拋棄。主流觀點(diǎn)認(rèn)為黑洞是在大質(zhì)量恒星生命結(jié)束時坍縮后產(chǎn)生的。

但在過去幾年里，人們利用尖端技術(shù)對黑洞進(jìn)行了觀測和探測，發(fā)現(xiàn)潛伏在宇宙中的黑洞并不總是與預(yù)期相符。一些黑洞要么太大要么太小，然而大質(zhì)量恒星的坍縮是不可能形成這樣的黑洞的。

“不同尺寸的黑洞依然是個謎。我們并不理解，在自宇宙存在以來的相對較短的時間內(nèi)，超大質(zhì)量黑洞是如何長到如此巨大的。” 歐洲航天局（ESA）的科學(xué)主任、這篇論文的共同作者金特·哈辛格認(rèn)為。

根據(jù)該理論，黑洞從一開始就存在，在宇宙大爆炸后的數(shù)百萬年里加速了恒星的形成。（圖源：歐洲航天局）

科學(xué)家們提出的新模型，改變了先前所假設(shè)的宇宙演化時間軸上的幾個時間點(diǎn)。比如，如果原始黑洞從一開始就存在，那么它們就會比我們?nèi)诤系帽任覀兿胂笾懈?，從而有更多的時間長到如今能被探測到的規(guī)模。

這些黑洞的引力也會加速第一代恒星和星系的形成。因為在大爆炸后的最初數(shù)百萬年里，充滿黑暗宇宙的塵埃和氣體云會在黑洞引力的作用下更快地坍塌。因此，那些神秘的黑暗時期會更短，第一代恒星也會更早形成。

“原始的黑洞如果存在，那將會是一切黑洞的最初來源，銀河系中間的黑洞也不例外?！?耶魯大學(xué)天文學(xué)教授、該研究的共同作者之一普里亞姆瓦達(dá)·納塔拉詹在聲明中說。

讓天文學(xué)家們難以解釋的，不僅僅是大黑洞。歐洲航天局的蓋亞任務(wù)得到了最為詳細(xì)的三維銀河地圖。其證據(jù)表明，有大量的小尺寸黑洞散布在銀河系各處。這些黑洞太小，是無法從大恒星的坍塌中誕生的。

這項發(fā)射任務(wù)有一個最重要的目標(biāo)，就是要探測大爆炸后產(chǎn)生的第一代恒星的余輝，它們是宇宙中的第一束光。殘余的紅外線證據(jù)將會揭示哪種理論才更正確：黑洞是從一開始就一直存在，還是在第一代恒星消亡后才開始形成。

“如果第一代恒星和星系在所謂的‘宇宙黑暗時代’就已經(jīng)形成了，那么韋伯太空望遠(yuǎn)鏡也會拿到相應(yīng)的證據(jù)?！惫粮裾f。

該研究已被接受發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上，可在預(yù)印本網(wǎng)站Arxiv上在線查閱。

相關(guān)知識

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡，是已發(fā)射的紅外線空間望遠(yuǎn)鏡，原計劃耗費(fèi)5億美元并于2007年發(fā)射升空。但由于各種原因，導(dǎo)致項目嚴(yán)重超支，發(fā)射時間數(shù)次推遲，最新預(yù)估總耗費(fèi)高達(dá)100億美元，發(fā)射時間為美國東部時間2021年12月25日7時20分。2019年8月28日NASA表示該望遠(yuǎn)鏡首次組裝完畢。

BY: Tereza Pultarova

FY: 小戴同學(xué)

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