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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

  密度扰动加速黑洞形成

  然而,在基于标准宇宙学模型所建立起来的扰动理论中,原初黑洞的产生率是极为低下的,通常不足以带来令人期待的观测效应。另外,暴胀会稀释掉在这期间所产生的任何过大扰动,想要形成原初黑洞就必须让一些大的扰动存活下来。这为在宇宙学和天文学上探寻原初黑洞笼罩上了重重阴影。

  为了解决这个问题,提高原初黑洞的产生率,中国科大的研究团队提出了一种崭新的原初黑洞产生机制。他们指出, 如果原初宇宙中存在以声速传播的物质密度扰动,且形成周期性振荡,那么原初密度将发生周期性叠加,增加原初黑洞的产生几率。这就好比,当一个小孩站在秋千上做下蹲运动,若下蹲运动频率为秋千摆荡频率的偶数倍时,秋千摆动会随之增大。

  这种动力学机制可以在当前天文学观测限制允许的范围内十分有效地产生原初黑洞,其质量分布非常宽泛。目前通过引力波等手段已经探测到了不同质量的黑洞。但它们的质量分布并不连续。这是因为受到探测手段的限制,还是因为它们的质量分布本就如此?最新研究给出的答案是后者,而且黑洞不连续的质量分布还会展现出某种规律。这有待更多观测的验证。

  研究分析还表明,这种原初黑洞形成机制还可以为当前宇宙学观测中一定比例的暗物质组分提供重要的理论解释。随着天文学发展走进了多信使时代,原初黑洞的可检验性也变得愈发可靠。

  关于宇宙如何在极早的原初时期孕育出原初黑洞,还有很多未解的谜团。当前研究为我们了解这类神秘的奇异黑洞提供了一个新的思路。而随着天文学观测技术和实验设备的迅速发展,相信在不久的将来,我们有机会一窥原初黑洞这类宇宙极早期天体的奥秘。例如,中国计划建设的12米光学望远镜以及即将发射的詹姆斯·韦伯望远镜等先进设备,将能深入探索宇宙极早期的状态,有望在原初黑洞的搜寻方面取得突破。而当前备受关注的引力波天文学将会为分辨黑洞引力波源提供更为详尽的信息,对这些引力波信号是否来自原初黑洞予以辨认。

 

编辑: 罗予岐

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