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原初黑洞能否解开世界中漩涡星系引力反常之谜?

上一篇文章《霍金终身都在寻觅它——能让霍金取得诺贝尔奖的奥秘天体》介绍了原初黑洞这个有望能够证明霍金辐射的奥秘天体,它或许是世界大爆炸后榜首秒因为密度动摇而坍缩构成的细密天体,尽管这是它最早被提出时就赋予的任务,但是在地理观测中却迟迟没有现身。然而在近年,在仍然没有满足依据证明其存在的状况下,它又被赋予了更多的任务,其间之一便是解说暗物质之谜。

21世纪世界学天空的两朵乌云——暗物质和暗能量

在上世纪,地理学里有两个谜题,其间一个是星系的光度质量与实践质量不符然后发生的引力反常,科学家以为或许存在一些不行见的物质,称之为暗物质;另一个则是经过对光谱红移量测算的间隔与Ia型超新星光度测算的间隔间的反常,发现世界的胀大在约50-60亿年前从减速转为加快,因为这种状况过于怪异,科学家把这个加快世界胀大的不知道“能量”称为暗能量。这两个20世纪发现的两大世界谜题直到新世纪仍然没有解决,因而称为21世纪世界学天空的两朵乌云。

而我这篇文章所要评论的是暗物质之谜:

暗物质是怎么发现的

暗物质最早在远方星系的光度质量和引力质量的差异中发现,光度质量是经过可见天体的光度来判别星系的总质量,理论上这种判别应该是牢靠的,因为星系中很大一部分质量都会集在发光恒星里,比方咱们的太阳系,太阳的质量就占了整个恒星系总质量的99.86%。但地理学家发现某些星系的光度质量与其经过引力透镜所测量到的质量之间存在较大的差异,这意味着这些星系内或许存在很多的不行见物质,另一方面在研讨星系外围恒星公转速度发现,星系外围的恒星公转速度高于理论值,依据星系内围恒星公转速度的改变曲线,外围不应该呈现如此高的公转速度,由此,一种不行见物质被提出了,咱们现在把它称为暗物质。

原初黑洞有望解开星系质量消失之谜——暗物质候选体

现在科学家提出一些理论修正和暗物质候选体模型来解说这种现象,其间暗物质候选体首要有两类,一类是不参加电磁相互效果和强相互效果的弱相互效果粒子,另一类是因为体积过小难以勘探的细密天体。

在细密天体里,包含白矮星、中子星、黑洞这些首要都是经过恒星演化到晚期构成的,因而它们的数量是能够依据恒星演化模型来暗地,而科学家发现在扫除了这些恒星晚期坍缩构成的细密天体后,暗物质仍然没有得到彻底的解说。而非恒星演化的原初黑洞天然很早就成为暗物质的候选者之一。但依据观测成果经过微引力透镜和霍金辐射理论的暗地,或许存在的原初黑洞的质量也远不行暗物质所需质量。

不过近年的一项发现让原初黑洞再度成为暗物质的强有力候选体——引力波的勘探。

兼并的双黑洞来自于原初黑洞?

从2015年9月14日LIGO勘探到首例双黑洞兼并引力波以来,LIGO现已承认了十数例的双黑洞引力波事情了,还有更多因为置信度较低而无法承认的引力波信号,依据这些被勘探到的双黑洞兼并引力波信号呈现的频率,LIGO做出了一个黑洞数量的猜测,黑洞好像比之前猜测的更多,但与此同时,它又远低于原初黑洞该有的检出频率。

但最近有科学家指出,假设LIGO说检测到的一切双黑洞兼并引力波信号均是由原初黑洞发生,那么它或许就能契合理论预期的原初黑洞兼并频率,这样,世界初期发生的很多原初黑洞将能供给暗物质所需的引力。因为原初黑洞能够具有不同的质量,更小的质量的双黑洞兼并因为引力波信号会相对弱小,需要在较近间隔才干观测到,意味着可勘探规模的缩小,这就能解说为何咱们至今没有勘探到小于1个太阳质量的双黑洞兼并信号。

地理观测对原初黑洞存在方法的约束

尽管原初黑洞的存在或许并没有被扫除,但也仍然没有满足依据证明它或许存在,除非有一天咱们能勘探到一个远小于恒星级黑洞质量下限的黑洞。但随着各种观测方法的高灵敏度勘探,原初黑洞存在的空间在一步步被紧缩。

比方前面说的微引力透镜,它是经过继续监测远方恒星的亮度改变,假设有黑洞从其前方经过,因为细小的引力透镜效应,黑洞会充任扩大镜的效果扩大背面的星光,然后使被监测恒星发生时间短的亮度改变。但这样的微引力透镜监测现已继续了将近30年,仍然一无所得,这就扫除了原初黑洞很多并均匀地散布在星系内。

另一个约束来自于上一篇文章说到的伽马射线源的勘探,这约束了微型黑洞的密度……

依据这些观测约束所给出的约束,尽管现在原初黑洞的存在和作为暗物质候选体并未被扫除,但咱们对它的散布和巨细现已被严厉约束。就现在所知,依据伽马射线源检测成果,质量小于10^13kg的原初黑洞能够作为暗物质候选体,但其在暗物质里的占比仅为1%左右,5x10^14kg到10^17kg规模内的原初黑洞不或许是暗物质的首要来历。

在更大的质量规模内的原初黑洞,因为霍金辐射极端弱小且波长较长,伽马射线则力不从心,但科学家仍然能够经过微引力透镜对其约束,现在依据微引力透镜观测成果,10^23kg到10^31kg规模内的原初黑洞不或许是暗物质的首要来历。

未解之谜

这些约束首要会集在小质量原初黑洞上,但正如前文所说的,我们这些原初黑洞首要会集在恒星级黑洞的质量以上,那么因为质量会集,它的散布密度将会大大下降,被勘探将愈加困难。这样,正如前面所说的,假设LIGO给出的双黑洞满是来自于原初黑洞,那么原初黑洞就满足构成一切暗物质。问题是,一切双黑洞兼并都是原初黑洞的话,那恒星坍缩发生的黑洞去哪了?谜题仍然未解,暗物质之谜仍然有待科学去探究。

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