原始黑洞(PBHs)解釋了大部分的暗物質

研究宇宙物理和數學的凱維里理論物理研究所(Kavli IPMU)是許多跨學科項目的集合殿堂,這些項目受益於該研究所廣泛的專業知識的合作成果,目前一項最新的理論就是在研究恆星和星系誕生之前的早期宇宙是否已形成了黑洞,而這些原始黑洞(PBHs)可以解釋全部或大部分的暗物質,人類可以從觀測到的引力波信號來協助科學在星系和其他星系中心發現的超大質量黑洞。

這些原始黑洞(PBHs)還可以在元素的合成中發揮作用,當它們與中子星碰撞並摧毀它們時,會釋放出富含中子的物質,它可能就是佔盡了宇宙中大部分的神秘暗物質,甚至可以說它們都是由原始黑洞所組成的。2020年諾貝爾物理學獎授予了理論學家羅傑·彭羅斯(Roger Penrose)和兩位天文學家萊茵哈德·根澤爾(Reinhard Genzel)和安德里亞·蓋茲(Andrea Ghez),表彰了他們證實黑洞的存在,而基於確定自然界中存在著黑洞,因此可以推測它們很可能就是暗物質的前身。

原始黑洞與「嬰兒宇宙」形成有關

為了更深入地瞭解原始黑洞,研究小組觀察了早期宇宙的數據,當時的宇宙密度非常大,任何大於50%的正密度的宇宙都會產生黑洞,且這些過程可能為黑洞的形成創造了合適的條件。科學家認為原始黑洞可能從膨脹時期所創造出來的「嬰兒宇宙」形成有關,這一時期的快速膨脹被認為是我們今天觀察到的星系和星系團結構形成的原因,且在膨脹時期,這些「嬰兒宇宙」可以從我們的原始宇宙所分支出來直到它坍塌為止,最後這小小體積所釋放的大量能量會促成黑洞的形成。

愛因斯坦的理論允許「嬰兒宇宙」以一種對觀察者來說內外都不同的狀態存在著,內部觀察者將其視為一個膨脹的宇宙,而外部觀察者(也就是我們)將其視為一個黑洞,不過無論是哪種情況,大宇宙和小宇宙都被我們視為原始的黑洞,它們隱藏在它們的「視界」後面的多重宇宙基本結構。

「暗能量」使宇宙正加速膨脹

「宇宙『暗能量』直到最近幾年才被科學界所確認」中國的宇宙學權威、國家天文台李競教授告訴《新聞周刊》:「這主要是由於以前人類的觀測技術所限,若要觀察宇宙『暗能量』的斥力作用所導致的宇宙膨脹加速,大約需要對80億光年之外的早期宇宙進行觀測。」

而科學家已經確信,在「暗能量」的作用下,我們的宇宙正在加速膨脹,這同霍金《時間簡史》中所描述的宇宙狀況不同,在這本書中,宇宙的膨脹速度被認為將因星系間引力的作用而減慢。

圖片來源:stock image

資料來源:Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe(2020,December 28).Primordial black holes and the search for dark matter from the multiverse.Sciencedaily

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