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霍金知名暗物质理论恐站不住脚

2019-5-3 环球解密

物理学家霍金(Stephen Hawking)的一个知名理论认为,“暗物质”主要由“原始黑洞”构成。近日发表在《自然.天文学》(Nature Astronomy)上的研究在很大程度上否定了这一理论。

黑洞示意图。

霍金的理论

当天文学家把宇宙中所有看得见的物质加在一起时,发现这些物质根本不足以提供解释宇宙中无数星系的引力效应。因此科学家构想了“暗物质”的概念,认为存在一种看不见的神秘物质,把众多的星系拉拢在一起。这种暗物质不会与电磁场发生作用,既不会发出可见光,也不会反射可见光。

天文学家们普遍认同这种物质在宇宙中的含量比可见天体多得多,约占宇宙所有物质总量的85%以上。

而暗物质到底是什么,可能包括多种不同的粒子?到底是哪些可能的粒子?科学界对此有很多不同的理论,但是至今任何捕捉暗物质的实验都一无所获。

1974年,霍金与研究伙伴提出了一个重要的假说:暗物质可能主要由宇宙形成初期的“原始黑洞”的残留物组成。

我们常听说的黑洞,一般指的是恒星爆炸后,剩下的内核被自身的引力撕裂坍塌而形成。这种黑洞一般质量很大。而霍金所称的“原始黑洞”,是指一种质量非常小的黑洞。

他的理论称,宇宙从大爆炸刚诞生的初期,在任何恒星诞生之前,所有的物质像一团混沌的气体在宇宙中自由飘荡着,其中一些气体撞在一起形成这种质量很小的黑洞,很多只有相当于月亮的质量,更小的还不到1毫克。

霍金猜想,暗物质可能主要是由大量这些宇宙初期形成的微型黑洞构成的。

测量结果

虽然黑洞本身不会发光,但是大型黑洞周围通常有很多明亮的盘状结构或高温的物质,比如上个月刚观测到的M87星系中心的超大黑洞。

然而霍金理论中的小型黑洞就更难观测了,科学家们想到了另外的办法。黑洞周围的超强引力场将让经过的光线弯曲——产生叫做“微引力透镜”(microlensing)的效应,因此发生这种效应的地方,应该就是黑洞所在地。

一个黑洞经过一颗恒星产生的微引力透镜效应将造成从观测者角度看起来的闪烁,黑洞越小,造成的闪烁越快。

东京大学卡夫利研究所(Kavli IPMU)的研究者们用位于夏威夷的Subaru望远镜在一个晴朗的夜间,连续对仙女座(Andromeda)拍摄了7个多小时、近200张照片,寻找可能的微引力透镜效应。

主要研究者Masahiro Takada告诉Live Science:“一个相当于太阳质量的黑洞产生的微引力透镜效果,闪烁的间隔约为几个月至一年,我们寻找的原始黑洞质量比这小的多,差不多只相当于月亮的质量。这意味着闪烁间隔短很多。”

Takada说,按照霍金的理论,如果原始黑洞是暗物质的主要成分,他们应该看到约1000个微引力透镜信号。

但是,他们只找到了一个这样的潜在信号。

该团队在研究发布的公文中说,这个结果说明,原始黑洞只构成不到0.1%的暗物质。也就是说,霍金的理论“不大可能成立”。

Takada也承认,仅找到一个潜在信号说服力不大,需要进一步观测。如果这的确是原始黑洞放出的信号,这将意义重大,将继续利用这个方法寻找更多的原始黑洞。

暗物质是宇宙的镜像?

在多年捕捉暗物质粒子无果的情况下,科学家们正在不断抛出新的假设和研究方向。

除了以上提到的暗物质由各种人类还侦测不到的粒子组成的理论外,还有一类暗物质理论认为,暗物质是与这个空间所谓的“标准粒子模型”对称的物质。

欧洲核研究组织(CERN)说:“不少暗物质候选理论考虑‘标准模型’之外的物理认知,比如超对称和另外空间等。”

“其中一种理论认为存在一个‘隐蔽峡谷’,一个由暗物质构成的平行宇宙,与我们知道的物质几乎没有任何共同点。”

“如果其中一种理论成立,这将帮助科学家更好地了解宇宙的构成,以及星系如何组织在一起。”

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