为什么暗物质不会是黑洞呢？

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为什么暗物质不会是黑洞呢？

cornil

基于目前的科学认知，是可以完全排除暗物质是黑洞这一认知的。@火星一号 @量子猫 和其它的几个回答都从各个方面介绍了关于黑洞和暗物质的相关知识。这里我举两个例子说明为什么暗物质不可能也不应该是黑洞，虽然它们都“黑”都“暗”，常规来讲都应该（直接）看不到，但我们有的是间接的手段，比如它们都有“引力”作用。


银河系中心（超大质量）黑洞的测量



之所以在小节标题上加上“超大质量”四个字，是因为现今的天文观测基本上确定了两类不同的黑洞，它们在观测上的主要区别在于就是“质量”，当然它们的形成过程也不同。


第一种是恒星级别黑洞，质量比太阳重几倍到几十倍，主要由大质量恒星在演化到晚年时塌缩形成。一般来说，读者通常最为了解、谈论最多就是这种恒星级别的小黑洞。


第二种就是“超大质量”黑洞，它们要大得多，质量至少也是太阳质量的几十万倍，特别大的会达到几百亿倍的太阳质量。这类黑洞通常位于星系的中心，一般有星系中心较小（但其质量也远超恒星级别黑洞）的黑洞通过不断吸积周围的物质，逐渐长大成为超大质量黑洞。在星系中心黑洞活动期间，星系核心有大量的能量输出，达到或超过整个星系的亮度，这个阶段我们把星系的核心称为“活动星系核”，特别亮的被称为“类星体”。


在天文学上，天文学家发展了各种方法和统计获得各种经验公式能够估计星系中心超大质量黑洞的测量，并有很高的测量精度。但我们以更直观的方法说说银河系中心黑洞的性质。因为银河系的中心——银心特别近，我们太阳系就处于银河系中的其中一个悬臂上。使用大口径（比如10m级别的Keck）的光学望远镜进行长时间观测，可以精确在银心运转的一批恒星的运动轨迹，一些特定恒星围绕银心的运动情况可以参看下面UCLA Galactic Center Group制作的视频。






而后通过开普勒定律就可以知道为在银河系中央存在一个超大质量黑洞人马座A”（Sagittarius A）。为什么说就是黑洞呢？因为通过估计得到这个“暗天体”的质量足足有太阳质量的400万倍，而半径最大仅仅只有8个kpc （Gillessen et al. 2009，The Astrophysical Journal, 707:L114–L117），这种大质量的“小”天体除了黑洞，别无他选。


银河系的暗物质（晕）

在这一小节的标题上我专门加上了“晕”这个字，因为暗物质确实像晕一样弥散在银河系的各处，并且大小尺度远比我们看到的“发光的”银河系大的多。


其实暗物质的发现也是利用了它的“引力效应”，因为目前来说，我们没有发现暗物质有其他的相互作用，除了引力。发现的手段比如“星系的旋转曲线”、“引力透镜”、“宇宙大尺度结构”等。


通过星系旋转曲线可以估计暗物质在星系中的分布，暗物质的密度很低，从星系中心到星系之外5倍到10倍的距离逐渐降低。虽然暗物质密度低、尺度大，但暗物质的重质量为可见物质（包括发光的恒星、气体、尘埃、恒信演化晚期的产物中子星、黑洞等）的20倍。





星系旋转曲线（Ken Freeman's PPT）



银河系暗物质分布（Ken Freeman's PPT）

暗物质密度分布（Erik Zackrisson's PPT）


通过上面对星系中心黑洞、星系中的暗物质的了解就会知道：黑洞是质量大、体积小、密度大的天体；暗物质是质量大、尺度大、密度小的物质，两者不是一回事，暗物质不可能会是黑洞。  暗物质到底是什么？其实我们现在并不清楚，国际上包括国内有大量的重要的探测和实验装置正在努力探索中。如果相对暗物质探测有更多了解，可以参看我对“暗物质，顾名思义看不到的物质，那么该如何研究？研究的进展如何了？”的回答。



我是南极观星人，欢迎提出你见解，关注、留言、评论。

sosoyoyo

暗物质和黑洞应该是两码事，虽然它们的叫法中包含着近义词“暗”和“黑”。如果暗物质是黑洞的话，考虑到银河系中暗物质的质量总和是普通物质的5倍，这意味着银河系中将会遍布黑洞，其数量将会比恒星总数还多。从目前的理论来看，黑洞的前身是大质量恒星，但银河系中能够演化为黑洞的大质量恒星的比例只有3%左右，这就无法解释银河系中为什么会有这么多的黑洞。

另一方面，黑洞会与银河系中的星云等物质产生相互作用，释放出强烈的X射线、γ射线等电磁辐射，这种效应十分明显，很容易被探测到。此外，如果银河系中存在的大量黑洞，那么，我们太阳系附近就很有可能潜伏着黑洞，这势必会影响到我们，并造成可观测的效应。然而实际上，我们在银河系中找到的黑洞数量很少。


虽然黑洞与暗物质都无法用电磁波手段直接观测到，但这两者还是有很大的区别，黑洞不发光是因为致密的质量体弯曲了空间，而暗物质看不见可能是由组成它们的粒子的性质所决定的。天文学家之所以推测暗物质存在于星系中，是因为他们发现，星系中的恒星绕转速度并没有随着与中心距离的增加而下降，这意味着星系中还存在大量看不见的物质在提供引力作用。此外，星系团产生的引力透镜效应也能表明暗物质的存在。

有关暗物质的组成粒子还不清楚，有一种推测是大质量弱相互作用粒子（WIMP），它们基本上不与重子物质产生电磁作用。目前，我国的悟空号暗物质粒子探测器正在太空中搜寻这些神秘的粒子。

lcd7171

因为质量和密度小的原因

宇宙中物质绝大部分都是暗物质和暗能量，占据了95%的质量，而暗物质是普通屋子的五倍，它们不会辐射或者吸收光线，但是引力会使它们相互作用。看上去很有可能形成黑洞，毕竟它被命名为“暗物质”嘛，而黑洞又刚刚好是宇宙中最黑暗的物质形式。

这里暗物质既不能形成黑洞，它也不能产生暗物质星体，行星或者暗原子。它只能通过引力相互作用，没有其它普通物质的力，所以暗物质可能被其它大质量物质所吸引。
而黑洞是通过普通物质坍缩而形成的，质量是极度集中的物体。暗物质则不是这样的
它非常弥漫，所以意味着它不能坍缩成黑洞。
这就是为什么宇宙中可能有大量暗物质，而不能高度集中在一起的原因。

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人类除了大脑，从体能上来说是一种低级的动物，人有五感，你不能说看不见摸不到的物质就是不存在的物质，在宇宙中实实在在存在的却不能被人类直接感知到的物质就是暗物质，暗物质是宇宙组成的重要部分，它占据了宇宙95%的质量。黑洞是另一个概念，黑洞连接着反物质世界，正反物质如同正数负数一样，黑洞是正反世界的临界点，没有人能到达那里，这也是它的神秘所在。