新研究推測宇宙的暗物質隱藏在原生黑洞中

據New Atlas報道,由耶魯大學領導的一個科學家小組建立的一個新模型表明,迄今為止科學家們無法探測到的難以捉摸的暗物質可能被困在大爆炸后遺留的原生黑洞中。

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當詹姆斯·韋伯太空望遠鏡完全投入使用並開始對早期宇宙的演變進行觀察時,它可能能夠揭示現代物理學的一個巨大謎團:暗物質是否存在,如果存在,它是什麼?

從本質上講,暗物質是科學史上有史以來最大的“舍入誤差”。隨着天體物理學家開始探究宇宙的結構以及它是如何從138億年前的大爆炸中演變出來的,他們對宇宙如何從其存在的第一個瞬間演變出越來越詳細的描述。

問題是,物理學根本無法恰當地解釋宇宙是如何像觀測所描述的那樣形成的。從恆星和星系的形成到宇宙背景輻射的性質,一切都不可能以我們可以觀察到的物質數量發生。事實上,目前的理論表明, 暗物質和暗能量可能占宇宙總質量95%,普通物質和能量占剩餘的5%。

目前的理論是,暗物質構成了宇宙中約85%的物質。儘管它從未被觀測到,但暗物質被假設為由某種形式的奇異物質組成,包括無菌中微子、弱相互作用大質量粒子(WIMPS)或與任何形式的電磁輻射沒有相互作用的軸子。

簡單地說,暗物質不能吸收、反射或折射光線或光譜的任何其他部分。它存在的唯一線索是,它只通過引力的方式與正常的物質和能量發生作用。這使得它極難被發現,更不用說了解什麼了。

根據耶魯大學的研究小組,暗物質之謎的答案並不在於奇異的粒子,而在於原生黑洞。這些黑洞是時空的一個區域,在這個區域里,大量的物質向自身坍縮,留下了一個強大的“引力井”,甚至連光都無法從其中逃脫。

早在20世紀70年代,物理學家斯蒂芬·霍金和伯納德·卡爾提出,在宇宙大爆炸后存在的第一秒,其密度可能存在波動,一些區域雜亂到足以產生黑洞。這一假設沒有被採納,但耶魯大學的新研究對這一想法進行了調整,並計算出如果大多數原生黑洞的初始質量約為太陽的1.4倍,它可以解釋所有的暗物質–特別是當它們繼續吸收更多的氣體甚至是它們附近的恆星。此外,它們可能是星系形成的“種子”,並創造了在許多星系核心發現的超大質量黑洞。

如果是這樣的話,那麼詹姆斯·韋伯太空望遠鏡可以通過收集關於恆星、星系和行星系統如何形成的數據來為該理論提供一些證實,因為它的紅外傳感器探測宇宙的邊緣。

歐空局科學主任和研究成員Günther Hasinger說:“如果第一批恆星和星系已經在所謂的‘黑暗時代’形成,韋伯應該能夠看到它們的證據。”

這項研究將發表在《天體物理學雜誌》上。

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