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暗物质非原始黑洞组成 科学界最大谜题仍待破解

http://www.kexue.com 2013-11-25 10:49:50 凤凰科技  发表评论


年轻黑洞的演示图,斯皮策太空望远镜观测到两个遥远的无尘埃类星体

研究人员模拟了原始黑洞路经恒星时产生的效应,这张图片显示了产生的振动波,白色点代表原始黑洞,不同的颜色与原始黑洞的密度以及振动的强度有关

  目前美国宇航局行星搜寻的宇宙飞船尚未监测到银河系内月球大小的黑洞的迹象,从而限制了这种天体组成大部分“暗物质”的概率,暗物质困扰了科学家们长达几十年。

  暗物质是目前已知最大的科学神秘之谜——一种据称组成宇宙所有物质5/6的不可见物质。它非常神秘以至于科学家并不确定暗物质究竟是由微观粒子还是较大天体组成。目前的调查表明暗物质是由一种新型粒子组成,这种粒子会与宇宙中所有的力,除了引力,发生微弱的相互作用。暗物质是不可见且大多时候是不可触摸的,因此它的存在只能通过它产生的引力拖拽作用而检测到。

  然而,尽管上千名科学家们的研究主要依赖于地球上强大的粒子加速器或者深埋在地下的实验室,目前仍未有人监测或者创造了可能是暗物质的粒子。这导致美国加州大学圣地亚哥分校的天体物理学家金-戈里斯特(Kim Griest)和同事决定调查黑洞作为潜在暗物质的候选者。

  过去的研究已经发现了位于银河系中央的超大质量黑洞,它们质量大约是太阳质量的几百万甚至几十亿倍。它们被检测到的原因是体积如此巨大,以至于很明显的影响了周围的物质。理论上来说,早期宇宙应该形成了更小的黑洞,这些所谓的原始黑洞应该更难检测到,它们可能潜在的大量存在组成了所有的暗物质。

  但最新的研究并没有发现任何支持这一理论的证据。利用美国宇航局开普勒太空望远镜,戈里斯特和同事并没有检测到原始黑洞的迹象。开普勒太空望远镜发射于2009年,旨在寻找其它恒星附近环绕的类似地球的行星。

  在过去的4年间,开普勒一直在密切关注银河系内15万颗恒星的亮度,以监测行星路经时造成恒星亮度规则性的变暗。如果原始黑洞经过这些恒星,那么这些恒星将暂时变得更亮。这是因为黑洞利用自身引力场导致周围光线弯曲,这个现象被称为引力透镜效应。

  “暗物质的搜寻一般非常艰难,它所涉及的实验需要花费几百万美元的资金和几十年的建造,” 戈里斯特说道。“而这些工作有趣的地方在于我们可以利用已经建造的用于其它用途的实验寻找暗物质。”

  直到目前为止,研究人员已经基本排除了质量相当于月球的黑洞组成暗物质的可能性。开普勒的数据并未显示任何质量为月球5%至80%的黑洞的证据,这表明这些黑洞不可能组成了大部分暗物质。

  然而,即使是更小的原始黑洞,那些质量还不足月球质量0.0001%的黑洞,仍有可能组成了暗物质的全部,戈里斯特说道。未来的项目,例如欧洲航天局的欧几里得宇宙飞船或者美国宇航局提出的宽视场红外巡天望远镜卫星,或可能寻找到比开普勒数据鉴别的更小的黑洞。

  “我们已经排除了一系列原始黑洞作为暗物质的可能性,但并未完全排除它们。” 戈里斯特说道。“目前还有很多暗物质候选者。” 戈里斯特和同事将这项发现发表在10月31日的期刊《物理评论快报》上。

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