宇宙大爆炸遗留下来的微小黑洞可能是主要的暗物质嫌疑人

作者:小菜 更新时间:2025-04-27 点击数:
简介:一幅插图显示了一团微小的原始黑洞,这可能是暗物质的原因。

(图片来源:uux.cn/Robert Lea(与Canva共同创作))(神

【菜科解读】


一幅插图显示了一团微小的原始黑洞,这可能是暗物质的原因。

(图片来源:uux.cn/Robert Lea(与Canva共同创作))


(神秘的地球uux.cn)据美国太空网(Robert Lea):当原始黑洞被怀疑为暗物质时,它们的不在场证明可能会分崩离析。

在宇宙诞生几秒钟后产生的微小黑洞可能比预期的存活时间更长,这再次引发了人们的怀疑,即原始黑洞可能是宇宙中最神秘的物质暗物质的原因。


暗物质目前是物理学中最紧迫的问题之一。

这是因为,尽管暗物质估计占宇宙物质的85%,但它实际上对我们的眼睛来说是看不见的,因为它不与光相互作用。


因为组成我们所能看到的“日常”物质的原子的粒子,如恒星、行星和我们自己的身体,显然与光相互作用,这促使人们在粒子物理标准模型之外寻找暗物质粒子。

许多科学家认为,答案仍然可能在标准模型中,然而,如果我们考虑一个我们通常认为质量巨大甚至可怕的宇宙物体的小近亲:黑洞。


马克斯·普朗克研究所科学家Valentin Thoss和里斯本大学的Ana Fernandes Alexandre是最近参与此类研究的两名研究人员。

他们假设,138亿年前大爆炸后诞生的小黑洞,不比质子大,可以聚集在一起成为暗物质的嫌疑人,而不需要新的物理学。


最近,人们对黑洞如何“蒸发”的想法发生了变化,这不仅促使人们重新评估了原始黑洞的生存能力,正如暗物质所怀疑的那样,而且随着对暗物质粒子的探索仍处于空白,更多的研究人员可能会开始更认真地研究原始黑洞暗物质理论。


什么是原始黑洞?


“顾名思义,‘原始黑洞’是一种在宇宙开始时形成的黑洞,”Thoss告诉Space.com。

“事实上,在宇宙的前几分之一秒内。


他解释说,我们在宇宙中观察到的所有结构,从星系的超星系团到星系本身,都是由早期宇宙中存在的空间中的轻微超密度形成的。

如果早期宇宙经历了比创造这些特征的宇宙更强的密度波动,并且这些波动在星系真正形成的更早的时间崩溃,那么这些过于密集的斑块可能会刺激原始黑洞。


Thoss补充道,根据这次坍塌可能发生的时间以及坍塌的规模,这些原始黑洞的质量会非常不同。

Thoss和Fernandes Alexandre认为可能的暗物质候选者的原始黑洞的质量范围在几吨到一千吨之间,具体来说,这小于行星的质量,更属于小小行星的质量。



显示宇宙膨胀历史的图表。

在第一颗恒星出现之前,原始黑洞就已经从密度波动中出现了。

(图片来源:uux.cn/NASA/WMAP科学团队/Dana Berry的艺术作品)


考虑到科学家迄今为止发现的最小黑洞,即恒星质量黑洞,其质量相当于太阳的3到50倍——太阳本身是27(22后面跟着26个零)吨的2.2倍10的幂——这些原始黑洞非常小。


费尔南德斯-亚历山大表示,与大质量恒星坍塌或相对较小的黑洞合并形成的较大黑洞一样,原始黑洞也会有一个被称为视界的光捕获外部边界。

这个视界的直径由黑洞的质量决定,这意味着在这种情况下,视界会非常小。

费尔南德斯-亚历山大说:“比质子的半径还小。

”。



黑洞的解剖结构。

无论大小,所有黑洞都有视界。

(图片来源:uux.cn/ESO)


小的原始黑洞以前被排除为暗物质候选者,因为所有黑洞都被认为“泄漏”了一种热辐射,这种热辐射最早由斯蒂芬·霍金于1974年提出理论,后来被命名为“霍金辐射”


黑洞越小,泄漏霍金辐射的速度就越快,因此蒸发的速度也就越快。

这意味着,如果原始黑洞曾经存在,那么最小的例子就不应该出现在今天——然而,暗物质显然存在。


Thoss说:“Ana和我现在认为质量的原始黑洞以前基本上被排除在外,因为人们认为它们在宇宙中已经完全蒸发了。

”。


慕尼黑大学的理论物理学家Giorgi Dvali与Thoss和Fernandes Alexandre合作,最近的研究表明,蒸发过程在某个时刻会分解。

这意味着科学家们认为质量的原始黑洞可以达到半稳定状态。


费尔南德斯-亚历山大解释道:“为了通过发射霍金辐射来降低质量,黑洞必须‘重写’其信息或其他东西。

这个重写过程需要时间。

”。

“它被称为‘记忆负担’,因为这种记忆现在必须传递给其他东西,这只是在某种程度上减缓了整个蒸发过程。

所以这是一种稳定。


这种“拯救机制”意味着原始黑洞重新成为潜在的暗物质候选者!


与暗物质完全相似?


然而,今天宇宙中可能存在原始黑洞这一事实并不意味着它们应该被视为暗物质嫌疑人。

碰巧的是,还有其他原因将这些微小的假设黑洞与宇宙中神秘物质的含量联系起来。


也许最明显的联系是暗物质缺乏与光的相互作用。

暗物质不发光或反射光,而包围所有黑洞的视界代表了穿过黑洞所需的逃逸速度超过光速的点。

这意味着原始黑洞会“捕获”所有入射光,导致明显缺乏相互作用。


Thoss说:“如果它们足够轻,在行星质量周围的某个地方,原始黑洞在我们感兴趣的所有目的上都表现得像暗物质粒子。

”。

“在标准模型中,暗物质是‘无碰撞’的,因此暗物质粒子之间的相互作用不会影响宇宙。


他补充说,如果原始黑洞的质量比行星质量轻,那么,即使在宇宙时间尺度上,它们也会很小,很少碰撞。

这些原始黑洞可能会聚集在一起,产生我们目前认为属于暗物质的引力效应,例如提供引力影响,防止快速旋转的星系分飞。



一个暗物质云的例子,这可能真的是一团黑洞吗?(图片来源:uux.cn/X射线:NASA/CXC/CfA/M.Markevitch等人;光学:NASA/STScI;麦哲伦/U.Arizona/D.Clowe等人;Lensing Map:NASA/STScI;ESO WFI;麦哲伦/U.Aryzona/D.Clowe等人)


然而,如果原始黑洞必须聚集在一起以解释暗物质的影响,那么什么会阻止这些黑洞聚集在一起并合并形成更大的黑洞呢?一簇微小的黑洞最终不会变成一个巨大的黑洞吗?Thoss说已经对此进行了调查,答案很简单:“没有。


他继续说道:“即使考虑到聚集,合并的时间尺度也很长,它们只会在整个宇宙年龄合并成真正大质量的黑洞。

”。


Thoss补充道,使用原始黑洞作为暗物质解释的美妙之处在于,与使用轴子等假设粒子来解释奥秘不同,原始黑洞不需要扩展到粒子物理的标准模型,这是我们在亚原子尺度上对宇宙的最佳解释。


尽管如此,如果原始黑洞真的能解释这种现象,那么它们将很难被确认为暗物质。

同样,它们的光捕获特性意味着它们实际上是不可见的。

此外,在如此小的尺寸下,它们不像它们的恒星和超大质量兄弟那样具有巨大的引力效应。


即便如此,如果探测到一簇原始黑洞,也没有真正的方法来区分许多小黑洞和一个大黑洞。


尽管困难重重,但Thoss和Fernandes Alexandre打算至少在理论上保持对原始黑洞尾部的关注。

如果暗物质的候选粒子继续无法显现,也许答案是让更多的物理学家开始审视粒子物理学和宇宙学之间的隐喻性围栏。


费尔南德斯·亚历山大说:“我不会说原始黑洞曾被视为暗物质候选者而被忽视;尽管它们被忽视了一段时间。

”。

“现在,鉴于我们并没有真正检测到粒子暗物质,我认为考虑这个选项变得越来越重要。

我们对外星人如此着迷?

《异形:罗穆卢斯》是这部长期上映的系列电影中的第七部,是人类如何将外星人描绘成既令人着迷又令人恐惧的对象的最新例子。

(图片来源:uux.cn迪士尼)(神秘的地球uux.cn)据阿尔伯塔大学(杰夫·麦克马斯特):太空历史学家表示,外星人在征服大众想象力方面有着悠久的历史,并反映了我们的恐惧。

罗伯特·史密斯确信外星人赢了。

阿尔伯塔大学教授外星人历史课程的太空历史学家说:“入侵已经发生,一切都结束了。

”。

与其说史密斯相信它们的真实存在,不如说外星人在人类的想象中提出了他们的要求。

他说:“看看任何一个晚上的电视节目表,很明显它们无处不在。

有外星人的节目数量惊人。

”就在上个月,《异形》系列的第七部电影《异形罗穆卢斯》在全球影院上映。

自1979年以来,该系列一直吸引着人们的集体想象力,并且没有放缓的迹象。

到目前为止,《罗穆卢斯》在全球的总票房已超过2.25亿美元,成为该系列中票房第三高的电影。

当史密斯没有为即将出版的一本关于这一主题的书追踪2021年12月发射的詹姆斯·韦伯望远镜的每一个细节时,他正在为一场名为“外星生命辩论史”的高级研讨会复习笔记。

据他说,这是世界上唯一一门探究“从古代到今天外星生命的存在、性质和可能意义”的课程史密斯认为,外星人至少自古以来就一直在入侵我们的想象。

希腊哲学家伊壁鸠鲁首次提出宇宙由原子组成的观点,他推测了其他世界,罗马诗人卢克莱修也是如此。

公元二世纪,萨莫萨塔的卢西恩写了一部被认为是第一部科幻作品的讽刺作品,名为《真实故事》,讲述了太阳和月亮上的居民为金星殖民化而斗争的故事。

史密斯说:“人们总是对你可以称之为他人的东西着迷,他们通常与我们非常相似,但有时不同,甚至截然不同。

”。

“外星人变成了一面镜子,通过试图了解人们如何看待外星人,我们也了解了人们对人类的看法。

”史密斯说,即使是中世纪的天主教会也认为外星人的可能性是上帝力量的表现。

“如果你上的是中世纪的大学……你可能会研究的主题之一是其他世界,因为如果你说没有其他世界,那就被视为限制了上帝的力量。

”史密斯说,1686年,法国作家伯纳德·勒·波维耶·德·丰特内尔出版了《世界多元性对话》,自此,人们对外星人的迷恋开始高涨。

这本书被认为是出版史上第一部科学巨著,当时被许多人阅读,在出版了近100版后至今仍在印刷。

根据史密斯的说法,该文本的最佳英文翻译是由前美国大学英语教授和科幻小说作家H.a.哈格里夫斯于1990年完成的。

它被认为是启蒙运动的第一部主要作品之一,部分灵感来自哥白尼的革命性发现,即地球围绕太阳旋转,而不是相反。

宇宙学的这一转变为其他太阳系的存在提供了可能性,因此也为其他世界的存在创造了可能性。

史密斯说,到18世纪,“绝大多数受过教育的人可能相信其他世界的生活。

”。

《对话》的流行和外星生命的想法一直持续到19世纪,引发了当时两位主要知识分子之间的激烈辩论——科学家大卫·布鲁斯特和英国圣公会牧师兼科学哲学家威廉·惠威尔。

史密斯说,这场辩论“催生了大量的文学作品”,其中可能包括有史以来最著名的外星人入侵故事:H.G.威尔斯1897年的《世界大战》,这部电影在20世纪留下了不可磨灭的印记。

威尔斯的小说被广泛认为是对英帝国主义焦虑的反映。

作者曾说过,这个故事是由他与兄弟讨论英国对塔斯马尼亚的残酷殖民引起的;他想知道,如果火星人以同样的方式对待英国,会发生什么。

《世界大战》触及了人类的一种基本恐惧,这一点在1938年哥伦比亚广播公司广播电台奥森·威尔斯讲述的版本中得到了著名的体现,据报道,该版本在一些没有意识到这是小说的听众中引起了恐慌。

史密斯说,在20世纪上半叶,由于天文学家推测太阳系相对罕见,人们对外星人的兴趣在很大程度上略有下降。

但随着20世纪50年代末和60年代初的太空竞赛,这种狂热再次抬头。

史密斯说:“我们一把宇宙飞船送入太空,我们就在思考它的影响。

”。

“记住,美国人实际上是通过在火星上寻找生命来庆祝他们的200周年纪念日的(1976年发射了维京1号)。

”从那时起,人们对外星人的兴趣就无情而普遍,大量的电影证明了我们对所有外星事物的迷恋,从《夺宝奇兵》、《星际迷航》和《2001:太空漫游》到《外星人》、《第三类接触》、《X档案》和《神秘博士》。

这几乎没有触及表面。

从长远来看,史密斯相信外星人的存在吗?他更喜欢听从伟大的科幻作家亚瑟·C·克拉克的意见。

“存在两种可能性:要么我们在宇宙中是孤独的,要么我们不是。

两者都同样可怕。

外星人是不是来过地球?看看这几个神秘事件就知道了

地球上发生的神秘事件可以确认外星人来过地球。

外星人这种东西,他们的科技水平很有认知水平,可能早已就已经超过了人类。

当他们来到地球之后,会发生一些让我们措手不及,感觉到十分神秘的事情。

下面我们就来说一说和外星人之间有关的几个事情,说不定就可以确认外星人的存在。

地球上的海洋第一个问题就是地球上的这么多的海水到底是从哪里来的?有的人会觉得在几百万年之前地球下过一场暴雨,而这场暴雨持续了200万年。

但我们现在也知道雨水是淡水,但是海水则是咸水。

还是显然是不一样的。

也有人觉得可能是因为陨石的撞击,但多么大的陨石可以有这么多的水源呢。

要说经过陨石的撞击,把地球撞击出来了一个海洋一样的大坑还行。

至于海水,现在还无法解释。

玛雅文明的消失最让人们感觉到疑惑的还是玛雅文明,为什么到最后会消失,因为马雅文明对于我们来说是一个十分感兴趣的远古文明这样的一个文明,不管怎么说都是应该有后代存在的,但是现在来看玛雅文明已经完完全全的消失了,只是留下来了一些遗迹而已。

就有很多人猜测外星人可能是把玛雅文明给带走了,或者玛雅文明有很强大的天文知识。

自己去了其他的星球。

麦田怪圈虽然到后面有艺术家兄弟,成人漫天官宣是自己完成的,但是在前期的一些麦田怪圈和他们并没有关系。

所以现在麦田怪圈是不是外星人创造出来的也很难说。

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宇宙大爆炸遗留下来的微小黑洞可能是主要的暗物质嫌疑人

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