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测试斯蒂芬霍金的暗物质黑洞理论

科学
wanwan (42055)发表于 2022年01月07日 17时44分 星期五
来自神童的陷阱
新研究表明,我们可能很快能检验霍金(Stephen Hawking)最具争议的一个理论。在 1970 年代,霍金提出暗物质,即构成宇宙中大部分物质的不可见物质,可能是由宇宙大爆炸最早时刻形成的黑洞构成的。现在三位天文学家提出了一种理论,不仅可以解释暗物质的存在,还可以解释宇宙中最大黑洞的出现。研究合作者、耶鲁大学的天体物理学家 Priyamvada Natarajan 在一份声明中表示:“我个人觉得该想法最令人兴奋地方在于它优雅地统一了我正在研究的两个真正具有挑战性的问题——探索暗物质的本质以及黑洞的形成和生长——且一箭双雕地同时解决了这两个问题。”更重要的是,一些新仪器——包括刚刚发射的詹姆斯韦伯太空望远镜——可以产生最终评估霍金著名理论需要的数据。

在最新研究中,Natarajan、迈阿密大学的 Nico Cappelluti 和欧洲航天局的 Gunther Hasinger 深入研究了原始黑洞的理论,探索它们如何解释暗物质以及是否可能解决其他宇宙学难题。要通过当前的观测测试,原始黑洞必须在一定的质量范围内。在这项新工作中,研究人员假设原始黑洞的质量约为太阳质量的 1.4 倍。他们构建了一个宇宙模型,用这些相当轻的黑洞取代了所有暗物质,然后寻找可验证(或排除)模型的观测线索。

研究小组发现,原始黑洞可能在宇宙中发挥了重要的作用——它播撒了第一批恒星、第一批星系和第一批超大质量黑洞(SMBH)。观测表明,恒星、星系和 SMBH 在宇宙学历史中出现得非常快,也许速度太快,因而无法用我们在当今宇宙中观察到的行程和生长过程来解释。Natarajan 表示:“原始黑洞,如果它们确实存在的话,很可能是所有超大质量黑洞形成的种子,包括银河系中心的超大质量黑洞。”这个理论很简单,不需要大量新粒子解释暗物质。Cappelluti 在声明中表示:“研究表明,在不引入新粒子或新物理学的情况下,我们可以解开现代宇宙学的奥秘,从暗物质本身的性质到超大质量黑洞的起源。”