这种奇异的⿊洞会是暗物质吗?

作者: Takeko

来源: https://news.mit.edu/2024/exotic-black-holes-could-be-dark-matter-byproduct-0606

发布日期: 2024-06-12 20:50:24

研究提出,微型原初⿊洞可能具备⾊荷特性,这种特性可能为暗物质的本质提供线索。这些⿊洞形成于宇宙早期,质量极小,可能对宇宙元素丰度产生影响,为天⽂学家提供了新的研究方向。

从你⾯前的⼿机,再到遥远的恒星和星系,我们所⻅的所有物质都属于普通物质。然⽽,天⽂观测表明,除了这些可⻅的物质之外,宇宙中还存在着⼤量看不⻅的暗物质。但暗物质的本质究竟是什么,仍旧是个未解之谜。

50年前,霍⾦提出了⼀种可能性:暗物质或许是⼀些⿊洞。这种假想的⿊洞被称为原初⿊洞,是在⼤爆炸后由宇宙中致密区域的引⼒坍缩形成的。观测表明,如果想⽤原初⿊洞完全解释暗物质,这些⿊洞就必须⾮常轻,质量可能还不及⼀颗⼩的⼩⾏星。具体来说,重量在101?到1022克之间的原初⿊洞仍然是可⾏的候选者。

近⽇,在⼀篇发表于《物理评论快报》的新研究中,物理学家发现,⼀些更微型的原初⿊洞拥有⼀种奇异的核物理特性——⾊荷。这种原初⿊洞可能会留下潜在的可观测到的特征。

⽬前,天⽂学家已经发现了许多⿊洞,它们有的是由⼤质量恒星在⽣命末期坍缩形成的恒星级⿊洞,有的则是在星系中⼼的超⼤质量⿊洞——这些⿊洞的质量是太阳的数百万倍,甚⾄是数⼗亿倍。相⽐之下,原初⿊洞要⼩得多,它们的形成也远早于恒星。它们要回溯到宇宙的最初时刻了。

在研究中,科学家⾸先通过现有理论研究了⿊洞质量在早期宇宙中形成时可能的分布情况。他们意识到,原初⿊洞形成的时间和质量之间存在直接关联。这个时间窗⼝⾮常早。他们计算出,原初⿊洞⼀定是在宇宙⼤爆炸后最初的101?分之⼀秒内形成的,也就是说,它们形成于炽热的夸克-胶⼦等离⼦体中。

据推测,超荷⿊洞会迅速蒸发。尽管这些转瞬即逝的奇异天体已经不复存在,但它们可能以某种⽅式改变了宇宙历史,影响到⼀个关键的宇宙转变,那就是最早原⼦核形成的时间。科学家估计,超荷⿊洞可能要等到第⼀批原⼦核开始形成之后才会消失,它们有⾜够的时间打破当时的平衡条件,扰乱质⼦和中⼦的分布,从⽽在宇宙元素丰度中留下微妙的痕迹。这种印记有朝⼀⽇可能会被观测到。这也给天⽂学家提供了新的搜寻对象。

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