科学家们可能终于解决了宇宙中“失踪”黑洞的问题

第三只手烈

艺术家对黑洞的概念。（图片来源：Mark Garlick/盖蒂图片社科学图片库）

据美国生活科学网站（本·特纳）：一项新的研究表明，早期宇宙中包含的微型黑洞比以前想象的要少得多，这使得我们宇宙中缺失物质的起源变得更加神秘。

微型或原始黑洞（PBH）是被认为在大爆炸后的前几分之一秒内形成的黑洞。根据主流理论，这些一角硬币大小的奇点是从厚而热的气体的快速坍塌区域突然出现的。

无限稠密的时空口袋是许多物理学家解释宇宙暗物质的方式，暗物质是一个神秘的实体，尽管它是完全看不见的，但它使宇宙比我们所看到的物质所能解释的要重得多。

但是，尽管这个假设很受欢迎，但它有一个大问题：我们还没有直接观察到任何原始黑洞。现在，一项新的研究为它们没有形成的原因提供了一个可能的解释，这将宇宙学的暗物质问题推向了更广泛的猜测。

根据这项研究，现代宇宙的原始黑洞可能比以前的模型估计的要少得多。研究人员于5月29日在《物理评论快报》杂志上发表了他们的研究结果。

“许多研究人员认为它们（原始黑洞）是暗物质的有力候选者，但需要大量的黑洞来满足这一理论，”主要作者、东京大学理论物理学研究生Jason Kristiano在一份声明中说。“它们之所以有趣，还有其他原因，因为自引力波天文学最近的创新以来，已经发现了双星黑洞合并，如果PBH大量存在，这是可以解释的。但尽管有这些强有力的理由说明它们的预期丰度，但我们还没有直接看到任何，现在我们有了一个模型来解释为什么会出现这种情况。”

图片上的一个洞

宇宙始于138亿年前的大爆炸，由于一种被称为暗能量的无形力量，导致年轻的宇宙向外爆炸。

随着宇宙的发展，与光相互作用的普通物质在看不见的暗物质团块周围凝结，形成了第一批星系，这些星系通过巨大的宇宙网连接在一起。如今，宇宙学家认为，普通物质、暗物质和暗能量分别占宇宙成分的5%、25%和70%。

最初，宇宙是不透明的，是一种等离子体肉汤，任何光都无法穿过它而不被移动电荷产生的电磁场所俘获。然而，经过38万年的冷却和膨胀，等离子体最终重组为中性物质，释放出微波静电，成为宇宙的第一道光，即宇宙微波背景（CMB）。



宇宙微波背景：由欧洲航天局的普朗克卫星拍摄的宇宙“婴儿照片”（图片来源：欧洲航天局）

宇宙学家一直在通过研究这张宇宙的第一张婴儿照片来寻找这些早期黑洞。然而，到目前为止，还没有找到任何一个。

一些物理学家认为，他们可能还没有发现解释暗物质所需的大量原始黑洞，只是因为他们还没有学会如何探测它们。

但是，通过将一种建立在量子力学高级形式量子场论基础上的模型应用于这个问题，这项新研究的研究人员得出了不同的结论——我们找不到任何原始黑洞，因为它们中的大多数根本不存在。

原始黑洞被认为是由在宇宙中传播的短暂但强烈的引力波坍塌而产生的。通过将他们的模型应用于这些波，研究人员发现，要想在宇宙中形成更大的结构，这些波的组合所需的时间比其他理论估计的要少得多。重建图像所需的波越少，原始黑洞就越少。

克里斯蒂亚诺说：“人们普遍认为，早期宇宙中短而强波长的坍塌是产生原始黑洞的原因。”。“我们的研究表明，如果PBH确实是暗物质或引力波事件的有力候选者，那么它们的数量应该远远少于所需的数量。”

为了证实他们的理论，研究人员将着眼于未来的超灵敏引力波探测器，如激光干涉仪空间天线（LISA）项目，该项目将于2035年由阿丽亚娜3号火箭送入太空。