暗物质是否可能由原始黑洞构成,几乎和宇宙一样古老?几名哈佛─史密松天体物理中心天文学家认为,透过观察微弱矮星系可以测试原始黑洞假说,并了解暗物质与其关系。最近他们进行电脑模拟,发现确实可以从矮星系中发现原始黑洞,最终研究人员下结论推断,这些矮星系的核心可能具有暗物质。
宇宙中约 84% 物质由暗物质构成,科学家们已进行许多天文观测,但仍未能了解暗物质的组成成分。早期暗物质理论著重在隐藏起来的一般物质星体,比如黑洞、中子星、衰老的白矮星、褐矮星等,这些星体一般归类为晕族大质量致密天体(MAssive Compact Halo Objects,MACHOs)然而多年天文观测一直无法找到够量的 MACHOs。
暗物质真实身份究竟为何,科学家提出许多假设,其中最热门的是一种称为“大质量弱交互作用粒子”(Weakly Interacting Massive Particle,WIMP)的新粒子,由于与普通物质的相互作用非常微弱,以致于它们虽然就在我们周遭,却从来没有探测成功。
称为“轴子”的新粒子,或是惰性微中子(sterile neutrino)都有可能是组成暗物质的成分;2014 年 6 月 22 日,台大天文物理所阙志鸿教授研究团队发表论文主张,暗物质也可能是一种称为 Ψ 暗物质的极轻型粒子,其质量为电子的 10-28 倍,波长约 1,000 光年,密度则为液态水的 100 万倍。
最近,由哈佛─史密松天体物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,缩写 CfA)天文学家 Qirong Zhu 领导的团队探讨暗物质由原始黑洞(Primordial Black Holes,PBHs)构成的可能性。研究人员认为,透过观察矮星系中的恒星可以探测到这些反应,因为矮星系既小又微弱,光芒只有几千太阳亮度(solar luminosity),一点轻微影响都能轻易发现。
利用电脑模型进行模拟后,团队发现恒星与原始黑洞间的相互作用能略微改变恒星分布,代表矮星系很有机会揭露原始黑洞的存在。透过观察超微矮星系中恒星的速度弥散度(velocity dispersion)与半光半径(half-light radius),它们推断矮星系可能拥有暗物质核心。
不过该小组后续强调,所有模型都没有定论,暗物质的性质依然难以捉摸。目前,科学家还在努力透过大型强子对撞机(LHC)或未来的国际直线加速器,以人工创造出这些新粒子好验证理论。
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- Is Dark Matter Made of Primordial Black Holes?
(首图来源:NASA)