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黑洞|暗物质可能并非难以观测的粒子，而是诞生自宇宙大爆炸的原初黑洞

选自quantamagazine
作者：Joshua Sokol
机器之心编译
斯蒂芬 · 霍金曾有一个想法：看不见的「原初黑洞」可能是隐藏着的暗物质 。这个想法几十年来一直不受关注 ， 但一系列新研究表明 ， 这个理论可能是有效的 。
【黑洞|暗物质可能并非难以观测的粒子，而是诞生自宇宙大爆炸的原初黑洞】黑洞|暗物质可能并非难以观测的粒子，而是诞生自宇宙大爆炸的原初黑洞
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原初黑洞可能成堆聚集 ， 距离遥远地分散在整个宇宙中 。相对较大的黑洞周围环绕着比它们小得多的黑洞 。
黑洞就像鲨鱼 。大众的想象给予了它们过分的优雅、简洁和恐怖 ， 觉得它们有可能就潜伏在我们周围那些黑暗之处 。
黑洞固有的黑暗属性使我们难以估计它们在宇宙中的数量以及大小 。因此 ， 当 2015 年 9 月激光干涉引力波天文台（LIGO）的探测器第一次捕捉到涌过的引力波时 ， 人类收获了一个巨大的惊喜 。在那之前 ， 已知的最大黑洞的质量大约刚超过太阳质量的 20 倍 。而这些新观测到的黑洞的质量每个都约为太阳的 30 倍——这倒不是超乎想象 ， 但却很奇怪 。此外 ， 当 LIGO 开始听到这些黑洞的融合之声时 ， 天体物理学家意识到宇宙中潜伏的黑洞肯定比他们之前预想的多 。也许要多很多 。
这些新发现的样本让一个旧的想法焕发了新的生机 ， 尽管这个想法在过去许多年里都被忽视了 。我们知道 ， 大恒星死亡的时候会产生黑洞 。但宇宙大爆炸本身也可能会诞生黑洞 。根据宇宙规模的经验法则可以想到 ， 许多这样隐藏起来的原初黑洞是由暗物质构成的 。毕竟虽然科学家已经找了几十年 ， 但到现在也没找到任何暗物质粒子 。要是黑洞这个我们所需的配方就在我们眼皮子底下呢？
「是的 ， 这个想法很疯狂 。」约翰斯 · 霍普金斯大学的宇宙学家 Marc Kamionkowski 说 ， 其研究团队曾在 2016 年发布了一篇吸引眼球的论文 ， 对这一可能性进行了探索 。「但不一定比其它任何事情更疯狂 。」
黑洞|暗物质可能并非难以观测的粒子，而是诞生自宇宙大爆炸的原初黑洞
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已知黑洞的质量图表
不过 ， 对原初黑洞的这方面思考在 2017 年遭遇了挫折 。那时候 ， 之前对这一思路持乐观态度的纽约大学天体物理学家 Yacine Ali-Ha?moud 发表了一篇论文 ， 说明了这种类型的黑洞应该会对 LIGO 的检测率产生怎样的影响 。他计算发现 ， 如果婴儿宇宙产生了足够多由暗物质构成的黑洞 ， 那么随着时间的推移 ， 这些黑洞将变得以两两成对的形式彼此环绕 ， 越来越近 ， 然后融合 ， 这应该会让 LIGO 的检测率高出现在实际情况的数千倍 。虽然他也恳请其他研究者使用其它方法继续研究这一思路 ， 但很多人都失去了希望 。Ali-Ha?moud 的论证是如此言之凿凿 ， 甚至让 Kamionkowski 本人对这一假设的兴趣都遭受重创 。
但峰回路转 ， 在近期的一波论文之后 ， 原初黑洞思想似乎再次焕发青春 。在近期发表于《Journal of Cosmology and Astroparticle Physics》的一篇论文中 ， 蒙彼利埃大学宇宙学家 Karsten Jedamzik 研究表明大量原初黑洞的碰撞模式可以与 LIGO 的观测结果完美匹配 。「如果他的计算是正确的——而且看起来他的计算很仔细——那就能为我自己的计算的棺材板钉上最后一颗钉子 。」Ali-Ha?moud 说 ， 他也在自己的后续论文中继续探索原初黑洞的思想 。「这就意味着事实上这些黑洞可能全由暗物质构成 。」
「这个结果激动人心 。」帮助启发了 Jedamzik 的一些论证的萨塞克斯大学宇宙学家 Christian Byrnes 说 ， 「他走得比之前任何人都远 。」
这一思想最早可以追溯到 1970 年代斯蒂芬 · 霍金和伯纳德 · 卡尔的研究工作 。霍金和卡尔推断 ， 在宇宙最初的几分之一秒内 ， 密度的微小波动会让一些幸运——或不幸——的区域拥有太多质量 。每个这样的区域都会坍缩为一个黑洞 。黑洞的大小由该区域的视界表示 。视界之内的任何物质都会陷入黑洞的引力并被吸入其中 。霍金进行过粗略的计算 ， 结果表明：如果这些黑洞大于小行星 ， 那么它们今天可能依然潜伏于宇宙之中 。


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