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原初黑洞几时有? 线索或在宇宙起源中

2018-09-13 09:52 来源:科技日报

  黑洞大概是宇宙中最神秘的事物之一。它如同一个贪婪的胖子,体重巨大,吞噬任何从它附近经过的东西,包括光线。科学家认为,恒星级质量的黑洞可能形成于大质量恒星在生命终点的爆发。而小质量黑洞的碰撞并合,以及更小质量黑洞吞噬气体尘埃,会形成超大质量黑洞。

  但你有没有想过,当宇宙最初还是一片虚空时,最早的那些黑洞从何而来?这是科学家们思索了半个多世纪的问题。他们一直困惑于,无法在宇宙初期形成数量足够多的原初黑洞。

  近日国际权威期刊《物理评论快报》上刊发的一篇文章重新审视了原初黑洞的物理起源。该文指出,原初黑洞可能与宇宙暴胀时期的声速扰动息息相关。那么,原初黑洞到底从何而来?声速扰动又能如何帮助它加快形成?

  早期宇宙养育的“大胖子”

  原初黑洞是什么呢?简而言之,就是宇宙在早期由于局域空间的物质分布过于密集,导致物质直接坍塌所形成的黑洞。它们的形成机制有别于通常情况下恒星坍缩形成的黑洞。可以想像的是,彼时的宇宙与当前它几乎空荡荡的状态是截然不同的。极早期宇宙的温度极高,物质分布也呈现出极为稠密的等离子体态。原初黑洞就是在这个时期形成的。打个通俗的比喻,这就像在一锅浓稠滚烫的热粥里撒上了一把黑芝麻。

  由于原初黑洞产生于宇宙原初时期,经过漫长的热膨胀历史演化,它们中的许多可能已经通过霍金蒸发转变为辐射并消失殆尽。不过,那些仍然残留的原初黑洞为我们认知宇宙提供了诸多重要的启示。例如,原初黑洞被公认为是占据了宇宙组分约四分之一的暗物质的有效候选者。此外,恰好处于现在的宇宙中,而且正在发生霍金蒸发的原初黑洞,可以为伽马射线暴提供合理的物理解释。

  近期有一种新的学术观点认为,自2015年以来引力波激光干涉天文台(LIGO)所捕获的若干黑洞引力波信号,可能来自原初双黑洞并合过程。正因为原初黑洞可以为宇宙学和天文学实验观测提供丰富的科学目标,天文学家们一直都在为捕获这些“看不见”的天外来客做着不懈努力。

编辑: 罗予岐

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