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暗物质藏匿来源再剔除,新研究:暗物质不由原初黑洞构成

2024-11-02 211

当 2015 年 LIGO 首次探测到来自双黑洞碰撞引发的引力波后,天文学家一直抱着期待相信,暗物质可能包含了分布在宇宙四处的原初黑洞。但现在,加州大学柏克莱分校物理学家打破了这道光芒。

暗物质真是现代天文学中最尴尬的存在,它们占了宇宙中所有物质比率 84.5%,但没有人找到过。如果存在,暗物质到底藏在哪?

一些科学家相信原初黑洞(primordial black hole)可能由暗物质组成,而激光干涉引力波天文台(LIGO)于 2015 年 9 月 14 日首次探测到引力波事件 GW150914 后,NASA 天体物理学家 Alexander Kashlinsky 后续在《天文物理期刊快报》上发表论文,认为该事件黑洞很可能是原初黑洞。

原初黑洞又称太初黑洞,是一种尚属理论的假想黑洞,它们不是由大质量恒星引力坍缩形成,而是来自宇宙大爆炸暴涨时期的超高密度区域。根据模型,大爆炸之后 10 -33 ~10 -32  秒内,宇宙有着极高压力强度与温度,简单一点波动就可能造成局部区域的密度达到形成黑洞的条件,尽管大多数高密度区域很快便随着宇宙膨胀而散开,但原初黑洞能保持稳定直至今日。

也有科学家推论暗物质可能来自晕族大质量致密天体(massive compact halo object,MACHO),这是一些体积很小的大质量重子物质,没有电磁辐射或很少,在星际空间不与恒星系统发生影响,可以用来解释可能存在于星系晕的暗物质。

不过晕族大质量致密天体本身不发光,所以很难被探测到,它们也可能是黑洞、中子星、褐矮星、自由行星、白矮星和非常微弱的红矮星。

还有第三种说法,科学家指出一种还停留在理论阶段的粒子“大质量弱交互作用粒子(WIMP)”,很可能就是暗物质。

找不到证明暗物质的存在

不过上述所提几个最具潜力的前景,很可能被加州大学柏克莱分校的物理学家打碎。

研究人员对 740 个 Ⅰa 超新星(Type Ⅰa supernova,注)进行复杂的统计分析,这种天体已被天文学家当作测量宇宙距离和宇宙膨胀速率的标准亮度源数十年有余,结果指出,其中 8 个超新星应该在原初黑洞的重力透镜效应下“变得更亮”,但事实上并没有,由原初黑洞构成的暗物质不会超过 40%;另一项尚未发表的后续研究分析了 1,048 个超新星,发现暗物质占比变得更低,只剩下 23%。

研究人员说,这结果表明暗物质不由原初黑洞或 MACHO 物体组成。随着时间推移与技术进步,势必会有越来越多理论被淘汰,事实上后代天文学家能选择的暗物质理论已经不多了,要不带来突破性发现,要不就得提出全新理论。

新研究主要作者为加州大学柏克莱分校宇宙物理学中心研究员 Miguel Zumalacárregui,该论文发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

注:Ⅰa 超新星读音为 1A 超新星,Ⅰ 为罗马数字不是英文字母。
  • Black Holes Can’t Account for Missing Dark Matter in the Universe
  • Primordial Black Holes Are a Let Down When It Comes to Explaining Dark Matter, Study Shows
  • Dark Matter Isn’t Made From Black Holes

(首图来源:加州大学柏克莱分校)

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2019-03-12 08:31:00

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