黑洞：生于时间之始，可解暗物质之谜

分类：科学

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2022-06-27

两个黑洞合并的假想图。（图源：加州理工学院R. 赫特 (IPAC)）

黑洞的本质是什么？黑洞怎么来？黑洞在宇宙的进化中起着怎样的作用？这些问题仍然困扰着科学家们。现在，一项新的研究表明，那些宇宙最早期就存在的黑洞，可以解释多个天文之谜。

这项研究表明，在宇宙大爆炸之后，早期的宇宙由原始的小黑洞填充，这些小黑洞加速了恒星和星系的形成。这个理论本身并不新鲜，早在1971年由斯蒂芬·霍金提出。然而，在这项新的研究中，天文学家却告诉人们，如今人类对宇宙的理解上出现的巨大空白，其实可以由原始黑洞巧妙地填补。

首先，这些黑洞可以解释暗物质的存在和性质。暗物质无法被看见，并且预计占据宇宙所有物质的85%。那么原始黑洞是如何解释暗物质之谜的呢？很简单，这些黑洞可能就是那些没有被观测过的暗物质本身，虽然该理论迄今为止还没有证据。

“我们的研究表明，无需引入新的粒子或物理学理论，从研究暗物质本身的性质、再到寻觅超大质量黑洞的起源，我们就能揭开现代宇宙学的谜底。” 迈阿密大学物理学助理教授、这项研究的共同作者尼克·卡佩卢迪在声明中说道。

原始黑洞的理论最初由霍金提出，后来被主流观点所抛弃。主流观点认为黑洞是在大质量恒星生命结束时坍缩后产生的。

但在过去几年里，人们利用尖端技术对黑洞进行了观测和探测，发现潜伏在宇宙中的黑洞并不总是与预期相符。一些黑洞要么太大要么太小，然而大质量恒星的坍缩是不可能形成这样的黑洞的。

“不同尺寸的黑洞依然是个谜。我们并不理解，在自宇宙存在以来的相对较短的时间内，超大质量黑洞是如何长到如此巨大的。” 欧洲航天局（ESA）的科学主任、这篇论文的共同作者金特·哈辛格认为。

根据该理论，黑洞从一开始就存在，在宇宙大爆炸后的数百万年里加速了恒星的形成。（图源：欧洲航天局）

科学家们提出的新模型，改变了先前所假设的宇宙演化时间轴上的几个时间点。比如，如果原始黑洞从一开始就存在，那么它们就会比我们融合得比我们想象中更快，从而有更多的时间长到如今能被探测到的规模。

这些黑洞的引力也会加速第一代恒星和星系的形成。因为在大爆炸后的最初数百万年里，充满黑暗宇宙的尘埃和气体云会在黑洞引力的作用下更快地坍塌。因此，那些神秘的黑暗时期会更短，第一代恒星也会更早形成。

“原始的黑洞如果存在，那将会是一切黑洞的最初来源，银河系中间的黑洞也不例外。” 耶鲁大学天文学教授、该研究的共同作者之一普里亚姆瓦达·纳塔拉詹在声明中说。

让天文学家们难以解释的，不仅仅是大黑洞。欧洲航天局的盖亚任务得到了最为详细的三维银河地图。其证据表明，有大量的小尺寸黑洞散布在银河系各处。这些黑洞太小，是无法从大恒星的坍塌中诞生的。

这项发射任务有一个最重要的目标，就是要探测大爆炸后产生的第一代恒星的余辉，它们是宇宙中的第一束光。残余的红外线证据将会揭示哪种理论才更正确：黑洞是从一开始就一直存在，还是在第一代恒星消亡后才开始形成。

“如果第一代恒星和星系在所谓的‘宇宙黑暗时代’就已经形成了，那么韦伯太空望远镜也会拿到相应的证据。”哈辛格说。

该研究已被接受发表在《天体物理学杂志》上，可在预印本网站Arxiv上在线查阅。