寻找原始黑洞的一些聪明方法

顺其自然362

碰撞黑洞的图示。来源：加州理工学院/R.赫特（IPAC）

据《今日宇宙》（Andy Tomaswick）：原始黑洞（PBH）最近在物理学界受到了广泛的关注。其中一个主要原因是与暗物质的潜在联系。实际上，如果PBH能够被证明存在，那么它们很有可能就是暗物质的组成部分，暗物质是一种不可见的物质，占宇宙质量的85%。如果得到证实，这肯定是一个诺贝尔级别的天体物理学发现。

但要证明这一点，必须有人先找到他们。到目前为止，PBH仅存在于理论上。但我们越来越接近于证明它们确实存在，索邦大学的Marcos Flores和加州大学洛杉矶分校的Alexander Kusenko在arXiv预印本服务器上发布的一篇新论文追溯了我们如何最终找到PBH，从而证明或反驳它们与暗物质的联系的一些想法。

Flores和Kusenko博士专注于理解PBH形成理论，然后推断出这些形成是如何被探测到的，即使使用现代设备也是如此。我们所知道的一个典型的黑洞是在超大质量恒星在自身重量的作用下坍塌时形成的。

PBH是在任何这样大小的恒星坍塌之前形成的，所以它们必须使用不同的机制形成。这篇论文详细介绍了一个理论化的PBH形成过程，其中包括对粒子不对称性的详细数学研究，以及它如何与其他粒子物理模型相吻合。但是天文学家如何才能看到这些构造呢？

一种方法是观察角动量的损失。天文学家可以在宇宙早期观测到粒子的“光晕”。在许多情况下，它们正在快速旋转。然而，如果它们的自旋急剧减慢，这可能表明PBH正在附近形成，通过将粒子拉向自己，消耗了角动量中的一些能量。

另一种方法是观察各地天文学家最喜欢的一种新机制——引力波。目前还不完全清楚PBH的形成是否会引起引力波。尽管如此，本文还是讨论了一些框架，这些框架可能会导致一种关于它们是否存在的理论。

超对称性提供了其中一个框架。在某些情况下，在超对称原理下运行的早期宇宙可能会形成PBH，形成下一代引力波探测器可能探测到的引力波。特别是，它将涉及论文所说的由某些理论中的时空扰动产生的“恶作剧机制”。

探测这些PBH的最后一种方法是观察引力透镜。一些实验，如光学引力透镜实验（OGLE）和斯巴鲁望远镜的超超时空凸轮（HSC），已经注意到引力微透镜，因为没有已知的大质量物体会引起这种透镜。PBH对这些望远镜来说实际上是看不见的，它可以提供一种解释，尽管必须首先排除其他解释。

其他理论为PBH的检测提供了其他机会，包括观察“Q球”或理论上大的物质“团块”的相互作用。如果将足够多的这些物质收集在一起，它们可能会形成PBH。

最终，围绕这些神秘物体的问题多于答案。如果他们真的存在，他们可以回答很多问题。然而，还需要更多的数据来证明这一点。实验学家已经在尽可能快地开发新的更好的探测器，以帮助寻找PBH。如果它们确实存在，我们找到它们只是时间问题。