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分享 網管 - 科學新知 | 2019-05-04 | 人氣:82

  2019年05月03日

黑洞示意圖。(NASA)

物理學家霍金(Stephen Hawking)的一個知名理論認為,「暗物質」主要由「原始黑洞」構成。近日發表在《自然.天文學》(Nature Astronomy)上的研究在很大程度上否定了這一理論

霍金的理論

當天文學家把宇宙中所有看得見的物質加在一起時,發現這些物質根本不足以提供解釋宇宙中無數星系的引力效應。因此科學家構想了「暗物質」的概念,認為存在一種看不見的神秘物質,把眾多的星系拉攏在一起。這種暗物質不會與電磁場發生作用,既不會發出可見光,也不會反射可見光。

天文學家們普遍認同這種物質在宇宙中的含量比可見天體多得多,約占宇宙所有物質總量的85%以上。

而暗物質到底是什麼,可能包括多種不同的粒子?到底是哪些可能的粒子?科學界對此有很多不同的理論,但是至今任何捕捉暗物質的實驗都一無所獲。

1974年,霍金與研究夥伴提出了一個重要的假說:暗物質可能主要由宇宙形成初期的「原始黑洞」的殘留物組成。

我們常聽說的黑洞,一般指的是恆星爆炸後,剩下的內核被自身的引力撕裂坍塌而形成。這種黑洞一般質量很大。而霍金所稱的「原始黑洞」,是指一種質量非常小的黑洞。

他的理論稱,宇宙從大爆炸剛誕生的初期,在任何恆星誕生之前,所有的物質像一團混沌的氣體在宇宙中自由飄蕩著,其中一些氣體撞在一起形成這種質量很小的黑洞,很多只有相當於月亮的質量,更小的還不到1毫克。

霍金猜想,暗物質可能主要是由大量這些宇宙初期形成的微型黑洞構成的。

測量結果

雖然黑洞本身不會發光,但是大型黑洞周圍通常有很多明亮的盤狀結構或高溫的物質,比如上個月剛觀測到的M87星系中心的超大黑洞。

然而霍金理論中的小型黑洞就更難觀測了,科學家們想到了另外的辦法。黑洞周圍的超強引力場將讓經過的光線彎曲——產生叫做「微引力透鏡」(microlensing)的效應,因此發生這種效應的地方,應該就是黑洞所在地。

一個黑洞經過一顆恆星產生的微引力透鏡效應將造成從觀測者角度看起來的閃爍,黑洞越小,造成的閃爍越快。

東京大學卡夫利研究所(Kavli IPMU)的研究者們用位於夏威夷的Subaru望遠鏡在一個晴朗的夜間,連續對仙女座(Andromeda)拍攝了7個多小時、近200張照片,尋找可能的微引力透鏡效應。

主要研究者Masahiro Takada告訴Live Science:「一個相當於太陽質量的黑洞產生的微引力透鏡效果,閃爍的間隔約為幾個月至一年,我們尋找的原始黑洞質量比這小的多,差不多只相當於月亮的質量。這意味著閃爍間隔短很多。」

Takada說,按照霍金的理論,如果原始黑洞是暗物質的主要成分,他們應該看到約1000個微引力透鏡信號。

但是,他們只找到了一個這樣的潛在信號。

該團隊在研究發佈的公文中說,這個結果說明,原始黑洞只構成不到0.1%的暗物質。也就是說,霍金的理論「不大可能成立」。

Takada也承認,僅找到一個潛在信號說服力不大,需要進一步觀測。如果這的確是原始黑洞放出的信號,這將意義重大,將繼續利用這個方法尋找更多的原始黑洞。

暗物質是宇宙的鏡像?

在多年捕捉暗物質粒子無果的情況下,科學家們正在不斷拋出新的假設和研究方向。

除了以上提到的暗物質由各種人類還偵測不到的粒子組成的理論外,還有一類暗物質理論認為,暗物質是與這個空間所謂的「標準粒子模型」對稱的物質。

歐洲核研究組織(CERN)說:「不少暗物質候選理論考慮『標準模型』之外的物理認知,比如超對稱和另外空間等。」

「其中一種理論認為存在一個『隱蔽峽谷』,一個由暗物質構成的平行宇宙,與我們知道的物質幾乎沒有任何共同點。」

「如果其中一種理論成立,這將幫助科學家更好地瞭解宇宙的構成,以及星系如何組織在一起。」

原文網址:http://www.epochtimes.com/b5/19/5/3/n11231655.htm