從“小宇宙”中尋找原始黑洞和暗物質(zhì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——從“小宇宙”中尋找原始黑洞和暗物質(zhì)2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了三位對(duì)黑洞研究有重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家。這之后不久，又有新的關(guān)于黑洞的研究發(fā)現(xiàn)登上科學(xué)雜志，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙膨脹過程中形成的“小宇宙〞，很可能孕育了最原始的黑洞。

這一系列研究由東京大學(xué)科維理宇宙物理學(xué)與數(shù)學(xué)研究所（KavliIPMU）的多名成員合作完成，日前，該機(jī)構(gòu)在官網(wǎng)刊文介紹了相關(guān)研究始末。

暗物質(zhì)被視為宇宙的主要組成，人們觀測(cè)到的引力波信號(hào)、在銀河系或其他星系中心發(fā)現(xiàn)的超大黑洞或許都源于暗物質(zhì)。而在原始恒星和星系誕生前，早期宇宙中就有黑洞形成，這些原始黑洞很可能是暗物質(zhì)的重要構(gòu)成。

為了研究原始黑洞，來自KavliIPMU的粒子物理學(xué)家、宇宙學(xué)家和天文學(xué)家組成研究團(tuán)隊(duì)，從宇宙早期演化入手，尋覓利于黑洞形成的條件。

按宇宙膨脹論，在宇宙膨脹這一快速擴(kuò)張的階段，早期星系和星團(tuán)開始演化，與此同時(shí)，大量“小宇宙〞應(yīng)運(yùn)而生，這些真空氣泡很可能是不同于我們現(xiàn)存宇宙的存在，它最終會(huì)崩潰，但相對(duì)較小的體積釋放出的巨大能量很可能導(dǎo)致黑洞的產(chǎn)生。

對(duì)體量更大的小宇宙而言，假如其大小處于某個(gè)臨界值，依照相對(duì)論，小宇宙可從內(nèi)外兩種角度觀測(cè)。若在其內(nèi)部，觀測(cè)者就可將其視為正在擴(kuò)張的宇宙，若在其外部，觀測(cè)者就可將其視為黑洞。無論何種角度，研究者都可將小宇宙視為黑洞產(chǎn)生的雛形，它將多個(gè)宇宙的基本結(jié)構(gòu)隱蔽在事件視界之后。

事件視界是一種邊界，視界內(nèi)發(fā)生的事無法對(duì)視界外產(chǎn)生影響，黑洞的周邊即為事件視界，這里的逃逸速度大于光速，因此任何物體（即便是光線）也無法逃離。

此前，研究小組就曾在期刊上介紹原始黑洞觀測(cè)的候選事件。在科學(xué)雜志上，研究團(tuán)隊(duì)描述了原始黑洞形成的一種新的可能。

研究小組用位于夏威夷的昴宿星團(tuán)望遠(yuǎn)鏡及其搭載的其次代超廣角主焦點(diǎn)照相機(jī)（HyperSuprime-Cam，HSC）展示了多個(gè)小宇宙場(chǎng)景中的觀測(cè)數(shù)據(jù)。假如一個(gè)原始黑洞穿過恒星星系，抵達(dá)一顆望遠(yuǎn)鏡視線內(nèi)的恒星，黑洞引力會(huì)使光線彎曲，并使該恒星在短時(shí)間內(nèi)比平時(shí)更亮。根據(jù)恒星變亮的持續(xù)時(shí)間，可以測(cè)算出黑洞質(zhì)量。借助HSC，人類有能力同時(shí)觀測(cè)上億的恒星，從而“廣撒網(wǎng)〞，找尋那些正在穿越星系的原始黑洞。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正在展開新一輪觀測(cè)、擴(kuò)大探尋范圍，以進(jìn)一步驗(yàn)證相關(guān)結(jié)論。

研究團(tuán)隊(duì)還展示了HSC的觀測(cè)數(shù)據(jù)，其中一些觀測(cè)對(duì)象與LIGO觀測(cè)到的重黑洞和超大質(zhì)量黑洞的雛形重合。

一系列數(shù)值研究說明，假如能確